Тиристор в цепи постоянного тока схема: Подключение тиристора в цепи постоянного тока — Мир Антенн

Содержание

Подключение тиристора в цепи постоянного тока

Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи

Эти методы выключения тиристоров в цепи постоянного тока могут быть применены к любому тиристору с регенеративным механизмом включения. Разумеется в качестве выключателя S применимы современные полупроводниковые приборы, достаточно согласовать управляющие импульсы на тиристор и прибор S соответствующим образом. На рисунке а) вполне применим низковольтный силовой быстрый биполярный транзистор с дополнительным форсированным запиранием. На рисунке b) необходим прибор S, имеющий низкое падение напряжения, он шунтирует тиристор имеющий прямое напряжение не более 2.5 вольт, обеспечивая прохождение основного тока через себя на время снижения тока в тиристоре ниже тока удержания и запирания его. Стоит помнить, что на момент отпирания прибора S прикладывается максимальное напряжение.

Принудительная коммутация

Как недостаток схемы, большие токи через дроссель L, в случае коммутирующего конденсатора ёмкостью 4 мкф амплитуда тока около 20 ампер. Снижать ёмкость конденсатора при применении обычных, не быстрых тиристоров нет смысла, возможно не хватит времени разряда коммутирующего конденсатора через нагрузку для запирания рабочего тиристора, типовое время запирания которого150мкс, причём добавление резисторов в разрядную цепь коммутирующего конденсатора малоэффективно, можно легко превысить внутреннее сопротивление основного источника напряжения и потерять эффект шунтирования.

Для снижения габаритов (уменьшение ёмкости коммутирующего конденсатора) и увеличения диапазона регулирования можно использовать эту схему (с идеей ознакомил [email protected])

В этом случае тиристор Т1 подключает резонансную цепь LC через необходимое время.

В этой схеме значительно уменьшен ток дросселя, форма выходного напряжения на номинальной нагрузке примерно такая как фон этой странички. Исключив «иглу» вначале импульса, увидим лёгкий завал фронта, по личным впечатлениям это лучший импульс «притягивания», более уловистый. Каких то особенностей схема не имеет, в качестве сердечника дросселя L я применяю витые тороидальные сердечники из электротехнической стали сечением 0.8-1.2 кв.см., число витков 2*100. Этот ключ применён так же в приборе «Аква».

Ключ на запираемом тиристоре

В последнее время появились надёжные запираемые тиристоры. Управление запираемых тиристоров GTO идёт по одному управляющему выводу прибора импульсами разной полярности, положительным на открывание и отрицательным на запирание.

Когда схема подключается к источнику постоянного напряжения, времязадающий конденсатор С1 заряжается. При достижении уровня пробоя динистора Т2 тиристор Т1 открывается и нагрузка оказывается под напряжением. Теперь конденсатор С2 начинает накапливать заряд до уровня пробоя динистора Т3 прикладывая анпряжение на управляющий электрод тиристора Т1 относительно катода, что и выключает тиристор, далее цикл повторяется. типовые значения конденсаторов С1 и С2 примерно 0.5-1 мкф, резистором Rf регулируем частоту следования импульсов, а резистором Rt их длительность. Параметры динисторов выбираются в зависимости от применяемого запираемого тиристора, обычно на открывание амплитуда управляющего импульса запираемого тиристора не превышает нескольких вольт, на запирание 70-80 вольт. Разумеется легко обойтись без динисторов в управлении, используя отдельное двухполярное питание, но есть решения и с однополярным драйвером, формирующим импульсы запирания.

Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

Эта схема используется в преобразователе с внешним возбуждением на GTO тиристоре мощностью 1200 вт с частотой 20кГц. При переключении транзистора Т1 из включенного состояния в выключенное и обратно, к управляющему электроду тиристора поступают как положительные (включающие) так и отрицательные (выключающие) импульсы. Амплитуда отрицательного импульса почти вдвое превышает напряжение источника питания этого драйвера. К сожалению, для наших условий (малая длительность и частота повторения импульсов ) КПД этой схемы низок, большую часть времени транзистор Т1 будет открыт рассеивая мощность на резисторе R3. Так же важным параметром для тиристоров GTO является длительность включающего импульса. При некоторых условиях (слабая нагрузка, высокая температура) GTO тиристор может испытывать трудности быстрого защёлкивания в состояние насыщения, если запускается очень короткими импульсами, при более длительных импульсах проблема исчезает. Более выгодным решением будет использование твухтактного выходного каскада на комплементарных парах транзисторов с двухполярным источником питания.

Как было отмечено выше, в схеме выпрямителя тиристор автоматически закрывается при поступлении отрицательной полуволны синусоиды (смене полярности напряжения анод-катод). Если же тиристор применяется в цепях постоянного тока, смены полярности не происходит, и для закрывания тиристора приходится применять специальные схемы запирания, в которых формируется или встречный ток, или встречное напряжение. Схемы запирания тиристора представлены на рис. 15.6.

Рис. 15.6. Схемы запирания тиристоров в цепях постоянного тока:

а – схема встречного напряжения; б – схема встречного тока

Каждая схема содержит коммутирующий конденсатор С, который предварительно заряжается от дополнительного источника питания. В момент времени, когда нужно закрыть тиристор, замыкается ключ К, в качестве которого может быть использован дополнительный тиристор или транзистор.

На схеме встречного напряжения конденсатор разряжается на тиристор, в результате чего к тиристору прикладывается встречное напряжение. Закрываются переходы П1 и П3, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточное по величине встречное напряжение на время завершения переходного процесса закрывания тиристора (см. раздел 14.2). Преимущество схемы – простое исполнение. Недостаток – в момент коммутации происходит бросок напряжения в нагрузке на величину напряжения заряженного конденсатора С.

На схеме встречного тока конденсатор разряжается на трансформатор тока, включённый в анодную цепь тиристора. На вторичной обмотке трансформатора формируется ток, направленный встречно току анодной цепи тиристора. В результате ток становится меньше тока удержания, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточный по величине встречный ток на время завершения переходного процесса закрывания тиристора. Преимущество схемы – в момент коммутации не происходит броска напряжения в нагрузке. Недостаток – применение трансформатора тока (трудность технологического исполнения и большая стоимость изделия).

1. Приведите примеры использования динистора и тиристора в электронных схемах?

2. Нарисуйте схему ГПН и поясните принцип работы.

3. Чем отличается регулируемый выпрямитель от нерегулируемого? Напишите формулу регулировочной характеристики.

4. Почему в схеме управляемого выпрямителя тиристор закрывается автоматически?

Как происходит закрывание тиристора в цепях постоянного тока? Какие схемы применяются для этого?

Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы

16.1. Запираемые тиристоры

Тиристор, способный не только открываться, но и закрываться под воздействием сигнала на управляющем электроде, называется запираемыйтиристор. Условное графическое обозначение и схема замещения запираемого тиристора представлены на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Запираемый тиристор:

а – условное графическое обозначение; б – схема замещения

Рассмотрим принцип работы запираемого тиристора, воспользовавшись схемой замещения. Согласно выражению (14.3) ток во внешней цепи зависит от коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 иVT2. Ток управленияI_У, поступая на базу транзистораVT2, увеличивает для него ток базы и коэффициент передачи тока₂. Тиристор открывается, когда 1 – (₁+₂) = 0.

Более конкретно это описывается выражением

. (16.1)

Если теперь ток управления уменьшить до нуля (I_У= 0), тиристор останется открытым, при условии, что ток анода будет больше тока удержания.

Для закрывания тиристора на управляющий электрод необходимо подать напряжение отрицательной полярности. Тогда ток коллектора VT1 будет протекать по цепи управляющего электрода, а ток базы транзистораVT2 уменьшится, что приведёт к снижению коэффициентов передачи тока₁и₂и прекращению регенеративного процесса. ТранзисторVT2 можно вывести из насыщения при условии

, (16.2)

где I_З– ток запирания тиристора по управляющему электроду.

Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания

. (16.3)

Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока 

1и₂и будет тем больше, чем больше₂.

Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)

Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода

Схема управления запираемым тиристором должна формировать импульсы положительной (для открывания) и отрицательной (для закрывания) полярности относительно катода. Наиболее просто это можно сделать, если в цепь управляющего электрода включить конденсатор (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором

При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается через резистор R1, и на управляющий электрод тиристора поступает импульс положительной полярности. Когда процесс заряда конденсатора закончится, ток управляющего электрода станет равным нулю. Если теперь замкнуть ключ К, начнётся разряд конденсатора С через резисторR2, и на управляющий электрод тиристора поступит импульс отрицательной полярности.

Чтобы произошло закрывание тиристора, необходимо выполнить условие

;, (16.4)

где U_З– напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;

I_З– ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;

t_З– длительность запирающего импульса.

Существуют более сложные схемы управления, в которых для запирания тиристора применяется отдельный источник питания, а также специальные драйверы управления, как, например, в мощных запираемых тиристорах, сведения о которых можно прочитать в литературе [6, 11, 17].

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров

Максимально допустимый прямой ток . Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
Максимально допустимый обратный ток .
Прямое напряжение . Это падение напряжения при максимальном токе.
Обратное напряжение . Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
Напряжение включения . Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
Минимальный ток управляющего электрода . Он необходим для включения тиристора.
Максимально допустимый ток управления .
Максимально допустимая рассеиваемая мощность .

Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

По способу управления разделяют на:

Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.

Запирание тиристора производится:

Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
Подачей напряжения запирания на электрод управления.

По обратной проводимости тиристоры делятся:

Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

Полупроводниковый диод VD.
Переменный резистор R1.
Постоянный резистор R2.
Конденсатор С.
Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

15.4. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока


а)	б)

Рис. 15.6. Схемы запирания тиристоров в цепях постоянного тока:

а – схема встречного напряжения; б – схема встречного тока

На схеме встречного тока конденсатор разряжается на трансформатор тока, включённый в анодную цепь тиристора. На вторичной обмотке трансформатора формируется ток, направленный встречно току анодной цепи тиристора. В результате ток становится меньше тока удержания, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточный по величине встречный ток на время завершения переходного процесса закрывания тиристора. Преимущество схемы — в момент коммутации не происходит броска напряжения в нагрузке. Недостаток – применение трансформатора тока (трудность технологического исполнения и большая стоимость изделия).

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры использования динистора и тиристора в электронных схемах?

2. Нарисуйте схему ГПН и поясните принцип работы.

4. Почему в схеме управляемого выпрямителя тиристор закрывается автоматически?

5. Как происходит закрывание тиристора в цепях постоянного тока? Какие схемы применяются для этого?

Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы

16.1. Запираемые тиристоры


а)	б)

Рис. 16.1. Запираемый тиристор:

а – условное графическое обозначение; б – схема замещения

. (16.1)

, (16.2)

где I_З– ток запирания тиристора по управляющему электроду.

Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания

. (16.3)

Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока ₁и₂и будет тем больше, чем больше₂. Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)

Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода

Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором

;, (16.4)

где U_З– напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;

I_З– ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;

t_З– длительность запирающего импульса.

Включение тиристора в цепь постоянного тока

Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи

Принудительная коммутация

Основной (рабочий) тиристор Т2, при его отпирании, начинает течь ток в нагрузку и через диод D и дроссель L на конденсатор С разряжая его, после чего, когда перестал изменяться ток через дроссель конденсатор перезаряжается относительно входного напряжения создавая дополнительный источник напряжения необходимый для создания обратного напряжения для рабочего тиристора. Как недостаток схемы, большие токи через дроссель L, в случае коммутирующего конденсатора ёмкостью 4 мкф амплитуда тока около 20 ампер. Снижать ёмкость конденсатора при применении обычных, не быстрых тиристоров нет смысла, возможно не хватит времени разряда коммутирующего конденсатора через нагрузку для запирания рабочего тиристора, типовое время запирания которого150мкс, причём добавление резисторов в разрядную цепь коммутирующего конденсатора малоэффективно, можно легко превысить внутреннее сопротивление основного источника напряжения и потерять эффект шунтирования.

В этом случае тиристор Т1 подключает резонансную цепь LC через необходимое время.

Ключ на запираемом тиристоре

Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

— если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
— если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
— подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

— управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
— исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
— в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
— исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта.
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

В настоящее время тиристоры находят широкое применение в различных устройствах автоматического контроля, сигнализации и управления. Тиристор представляет собой управляемый полупроводниковый диод, которому свойственны два устойчивых состояния: открытое, когда прямое сопротивление тиристора весьма мало и ток в его цепи зависит в основном от напряжения источника питания и сопротивления нагрузки, и закрытое, когда его прямое сопротивление велико и ток составляет единицы миллиампер.

На рис. 1 показана типовая вольтамперная характеристика тиристора, где участок О А соответствует закрытому состоянию тиристора, а участок БВ — открытому.

При отрицательных напряжениях тиристор ведет себя как обычный диод (участок ОД).

Если увеличивать прямое напряжение на закрытом тиристоре при токе управляющего электрода, равном нулю, то при достижении величины Uвкл тиристор откроется. Такое переключение тиростора называют переключением по аноду. Работа тиристора при этом аналогична работе неуправляемого полупроводникового четырехслойного диода — динистора.

Наличие управляющего электрода позволяет открывать тиристор при анодном напряжении, меньшем Uвкл. Для этого необходимо по цепи управляющий электрод — катод пропустить ток управления Iу. Вольтамперная характеристика тиристора для этого случая показана на рис. 1 пунктиром. Минимальный ток управления, необходимый для открывания тиристора, называется током спрямления Iспр. Ток спрямления сильно зависит от температуры. В справочниках он указывается при определенном анодном напряжении. Если за время действия тока управления анодный ток превысит значение тока выключения Iвыкл, то тиристор останется открытым и по окончании действия тока управления; если же этого не произойдет, то тиристор снова закроется.

При отрицательном напряжении на аноде тиристора подача напряжения на его управляющий электрод не допускается. Недопустимо также на управляющем электроде отрицательное (относительно катода) напряжение, при котором обратный ток управляющего электрода превышает несколько миллиампер.

Открытый тиристор можно перевести в закрытое состояние, только снизив его анодный ток до величины, меньшей Iвыкл. В устройствах постоянного тока для этой цели используются специальные гасящие цепочки, а в цепи переменного тока тиристор закрывается самостоятельно в момент перехода величины анодного тока через нуль.

Это является причиной наиболее широкого применения тиристоров в цепях переменного тока. Все рассматриваемые ниже схемы имеют отношение только к тиристорам, включенным в цепь переменного тока.

Для обеспечения надежной работы тиристора источник управляющего напряжения должен удовлетворять определенным требованиям. На рис. 2 показана эквивалентная схема источника управляющего напряжения, а на рис. 3 — график, с помощью которого можно определить требования к его нагрузочной прямой.

На графике линии А и Б ограничивают зону разброса входных вольтамперных характеристик тиристора, представляющих собой зависимости напряжения на управляющем электроде Uу от тока этого электрода Iу при разомкнутой анодной цепи. Прямая В определяет минимальное напряжение Uу, при котором открывается любой тиристор данного типа при минимальной температуре. Прямая Г определяет минимальный ток Iу, достаточный для открывания любого тиристора данного типа при минимальной температуре. Каждый конкретный тиристор открывается в определенной точке своей входной характеристики. Заштрихованная зона является геометрическим местом таких точек для всех тиристоров данного типа, удовлетворяющих техническим условиям. Прямые Д и Е определяют максимально допустимые значения напряжения Uу и тока Iу соответственно, а кривая К — максимально допустимое значение мощности, рассеиваемой на управляющем электроде. Нагрузочная прямая Л источника управляющего сигнала проведена через точки, определяющие напряжение холостого хода источника Еу.хх и его ток короткого замыкания Iу.кз= Eу.хх/Rвнутр, где Rвнутр— внутреннее сопротивление источника. Точка S пересечения нагрузочной прямой Л с входной характеристикой (кривая М) выбранного тиристора должна находиться в области, лежащей между заштрихованной зоной и линиями А, Д, К, Е и Б.

Эта область носит название предпочтительной области открывания. Горизонтальная прямая Н определяет наибольшее напряжение на управляющем переходе, при котором не открывается ни один тиристор данного типа при максимально допустимой температуре. Таким образом, эта величина, составляющая десятые доли вольта, определяет максимально допустимую амплитуду напряжения помехи в цепи управления тиристором.

После открывания тиристора цепь управления не влияет на его состояние, поэтому управление тиристором может осуществляться импульсами небольшой длительности (десятки или сотни микросекунд), что позволяет упростить схемы управления и снизить мощность, рассеиваемую на управляющем электроде. Длительность импульса, однако, должна быть достаточной для нарастания анодного тока до величины, превышающей ток выключения Iвыкл при различном характере нагрузки и режиме работы тиристора.

Сравнительная простота устройств управления при работе тиристоров в цепях переменного тока обусловила широкое применение этих приборов в качестве регулирующих элементов в устройствах стабилизации и регулирования напряжения. Среднее значение напряжения на нагрузке при этом регулируют изменением момента подачи (то есть фазы) управляющего сигнала относительно начала полупериода питающего напряжения. Частота следования управляющих импульсов в таких схемах должна быть синхронизирована с частотой сети.

Существует несколько методов управления тиристорами, из которых следует отметить амплитудный, фазовый и фазо-импульсный.

Амплитудный метод управления заключается в том, что на управляющий электрод тиристора подают положительное напряжение, изменяющееся по величине. Тиристор открывается в тот момент, когда это напряжение становится достаточным для протекания через управляющий переход тока спрямления. Изменяя напряжение на управляющем электроде, можно изменять момент открывания тиристора. Простейшая схема регулятора напряжения, построенная по этому принципу, приведена на рис. 4.

В качестве управляющего напряжения здесь используется часть анодного напряжения тиристора, то есть напряжения положительного полупериода сети. Резистором R2 изменяют момент открывания тиристора Д1 и, следовательно, среднее значение напряжения на нагрузке. При полностью введенном резисторе R2 напряжение на нагрузке минимально. Диод Д2 защищает управляющий переход тиристора от обратного напряжения. Следует обратить внимание на то, что цепь управления подключена не непосредственно к сети, а параллельно тиристору. Сделано это для того, чтобы открытый тиристор шунтировал цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на ее элементах.

Основными недостатками рассматриваемого устройства являются сильная зависимость напряжения на нагрузке от температуры и необходимость индивидуального подбора резисторов для каждого экземпляра тиристора. Первое объясняется температурной зависимостью тока спрямления тиристоров, второе — большим разбросом их входных характеристик. Кроме того, устройство способно регулировать момент открывания тиристора только в течение первой половины положительного полупериода напряжения сети.

Управляющее устройство, схема которого приведена на рис. 5, позволяет расширить диапазон регулирования до 180°, а включение тиристора в диагональ выпрямительного моста — регулировать напряжение на нагрузке в течение обоих полупериодов напряжения сети.

Конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2 до напряжения, при котором через управляющий переход тиристора протекает ток, равный току спрямления. При этом тиристор открывается, пропуская ток через нагрузку. Благодаря наличию конденсатора напряжение на нагрузке меньше зависит от колебаний температуры, но тем не менее и этому устройству присущи те же недостатки.

При фазовом методе управления тиристорами с помощью фазовращательного моста изменяют фазу управляющего напряжения относительно напряжения на аноде тиристора. На рис. 6 приведена схема однополупериодного регулятора напряжения, в котором изменение напряжения на нагрузке осуществляется резистором R2, включенным в одно из плеч моста, с диагонали которого напряжение поступает на управляющий переход тиристора.

Напряжение на каждой половине обмотки III управления должно быть приблизительно 10 в. Остальные параметры трансформатора определяются напряжением и мощностью нагрузки. Основным недостатком фазового метода управления является малая крутизна управляющего напряжения, из-за чего стабильность момента открывания тиристора получается невысокой.

Фазо-импульсный метод управления тиристорами отличается от предыдущего тем, что с целью повышения точности и стабильности момента открывания тиристора на его управляющий электрод подают импульс напряжения с крутым фронтом. Этот метод получил в настоящее время наибольшее распространение. Схемы, реализующие этот метод, отличаются большим разнообразием.

На рис. 7 приведена схема одного из самых простых устройств, использующих фазо-импульсный метод управления тиристором.

При положительном напряжении на аноде тиристора Д3 конденсатор С1 заряжается через диод Д1 и переменный резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения включения динистора Д2, он открывается и конденсатор разряжается через управляющий переход тиристора. Этот импульс разрядного тока открывает тиристор Д3 и через нагрузку начинает протекать ток. Изменяя резистором R1 ток заряда конденсатора, можно изменять момент открывания тиристора в пределах полупериода напряжения сети. Резистор R2 исключает самооткрывание тиристора Д3 за счет токов утечки при повышенной температуре. По техническим условиям при работе тиристоров в ждущем режиме установка этого резистора обязательна. Приведенная на рис. 7 схема не нашла широкого применения из-за большого разброса величины напряжения включения динисторов, доходящего до 200%, и значительной зависимости напряжения включения от температуры.

Одной из разновидностей фазо-импульеного метода управления тиристорами является получившее в настоящее время наибольшее распространение так называемое вертикальное управление. Оно заключается в том, что на входе генератора импульсов производится сравнение (рис. 8) постоянного напряжения (1) и напряжения, изменяющегося по величине (2). В момент равенства этих напряжений генерируется импульс (3) управления тиристором. Переменное по величине напряжение может иметь синосоидальную, треугольную или пилообразную (как показано на рис. 8) форму.

Как видно из рисунка, изменение момента возникновения управляющего импульса, то есть сдвиг его фазы, может производиться тремя различными способами:

изменением скорости нарастания переменного напряжения (2а),

изменением его начального уровня (2б) и

изменением величины постоянного напряжения (1а).

На рис. 9 показана структурная схема устройства, реализующего вертикальный метод управления тиристорами.

Как и любое другое устройство фазо-импульсного управления, оно состоит из фазосдвигающего устройства ФСУ и генератора импульсов ГИ. Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит входное устройство ВУ, воспринимающее напряжение управления Uу, генератор переменного (по величине) напряжения ГПН и сравнивающее устройство СУ. В качестве названных элементов могут быть использованы самые различные устройства.

На рис. 10 приведена принципиальная схема устройства управления тиристором (Д5), включенным последовательно с мостовым выпрямителем (Д1 — Д4).

Устройство состоит из генератора пилообразного напряжения с транзисторным коммутатором (Т1), триггера Шмитта (Т2, Т3) и выходного ключевого усилителя (Т4). Под действием напряжения, снимаемого с синхронизирующей обмотки III трансформатора Тр1, транзистор Т1 закрыт. При этом конденсатор С1 заряжается через резисторы R3 и R4. Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальной кривой, начальный участок которой с некоторым приближением можно считать прямолинейным (2, см. рис. 8).

При этом транзистор Т2 закрыт, а Т3 открыт. Ток эмиттера транзистора Т3 создает на резисторе R6 падение напряжения, которое определяет уровень срабатывания триггера Шмитта (1 на рис. 8). Сумма напряжений на резисторе R6 и открытом транзисторе Т3 меньше, чем напряжение на стабилитроне Д10, поэтому транзистор Т4 закрыт. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает уровня срабатывания триггера Шмитта, транзистор Т2 открывается, а Т3 закрывается. Транзистор T4 при этом открывается и на резисторе R10 появляется импульс напряжения, открывающий тиристор Д5 (импульс 3 на рис. 8). В конце каждого полупериода напряжения сети транзистор T1 открывается током, протекающим через резистор R2. Конденсатор С1 при этом разряжается практически до нуля и устройство управления возвращается в исходное состояние. Тиристор закрывается в момент перехода амплитуды анодного тока через нуль. С началом следующего полупериода цикл работы устройства повторяется.

Изменяя сопротивление резистора R3, можно изменять ток заряда конденсатора С1, то есть скорость нарастания напряжения на нем, а значит, и момечт появления открывающего тиристор импульса. Заменив резистор R3 транзистором, можно автоматически регулировать напряжение на нагрузке. Таким образом, в этом устройстве использован первый из названных выше способов сдвига фазы управляющих импульсов.

Небольшое изменение схемы, показанное на рис. 11, позволяет получить регулирование по второму способу. В этом случае конденсатор С1 заряжается через постоянный резистор R4 и скорость нарастания пилообразного напряжения во всех случаях одинакова. Но при открывании транзистора T1 конденсатор разряжается не до нуля, как в предыдущем устройстве, а до напряжения управления Uу.
Следовательно, и заряд конденсатора в очередном цикле начнется с этого уровня. Изменяя напряжение Uу, регулируют момент открывания тиристора. Диод Д11 отключает источник напряжения управления от конденсатора во время его заряда.

Выходной каскад на транзисторе T4 обеспечивает необходимое усиление по току. Используя в качестве нагрузки импульсный трансформатор, можно одновременно управлять несколькими тиристорами.

В рассматриваемых устройствах управления к управляющему переходу тиристора напряжение приложено в течение отрезка времени от момента равенства постоянного и пилообразного напряжений до окончания полупериода напряжения сети, то есть до момента разряда конденсатора C1. Уменьшить длительность управляющего импульса можно включением дифференцирующей цепочки на входе усилителя тока, выполненного на транзисторе Т4 (см. рис. 10).

Одним из вариантов вертикального метода управления тиристорами является число-импульсный метод. Его особенность состоит в том, что на управляющий электрод тиристора подают не один импульс, а пачку коротких импульсов. Длительность пачки равна длительности управляющего импульса, показанного на рис. 8.

Частота следования импульсов в пачке определяется параметрами генератора импульсов. Число-импульсный метод управления обеспечивает надежное открывание тиристора при любом характере нагрузки и позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на управляющем переходе тиристора. Кроме этого, если на выходе устройства включен импульсный трансформатор, возможно уменьшить его размеры и упростить конструкцию.

На рис. 12 приведена схема управляющего устройства, использующего число-импульсный метод.

В качестве узла сравнения и генератора импульсов здесь применен балансный диодно-регенеративный компаратор, состоящий из схемы сравнения на диодах Д10, Д11 и собственно блокинг-генератора, собранного на транзисторе Т2. Диоды Д10, Д11 управляют работой цепи обратной связи блокинг-генератора.

Как и в предыдущих случаях, при закрытом транзисторе Т1 начинается заряд конденсатора С1 через резистор R3. Диод Д11 открыт напряжением Uу, а диод Д10 закрыт. Таким образом, цепь обмотки IIa положительной обратной связи блокинг-генератора разомкнута, а цепь обмотки IIб отрицательной обратной связи замкнута и транзистор Т2 закрыт. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет напряжения Uу, диод Д11 закроется, а Д10 откроется. Цепь положительной обратной связи окажется замкнутой, и блокинг-генератор начнет вырабатывать импульсы, которые с обмотки I трансформатора Тр2 будут поступать на управляющий переход тиристора. Генерация импульсов будет продолжаться до конца полупериода напряжения сети, когда откроется транзистор T1 и конденсатор С1 разрядится. Диод Д10 при этом закроется, а Д11 откроется, блокинг-процесс прекратится, и устройство вернется в исходное состояние. Изменяя напряжение управления Uу, можно изменять момент начала генерации относительно начала полупериода и, следовательно, момент открывания тиристора. Таким образом, в данном случае используется третий способ сдвига фазы управляющих импульсов.

Применение балансной схемы узла сравнения обеспечивает температурную стабильность его работы. Кремниевые диоды Д10 и Д11 с малым обратным током позволяют получить высокое входное сопротивление сравнивающего узла (около 1 Мом). Поэтому он не оказывает практически никакого влияния на процесс заряда конденсатора С1. Чувствительность узла весьма высока и составляет несколько милливольт. Резисторы R6, R8, R9 и конденсатор С3 определяют температурную стабильность рабочей точки транзистора Т2. Резистор R7 служит для ограничения коллекторного тока этого транзистора и улучшения формы импульса блокинг-генератора. Диод Д13 ограничивает выброс напряжения на коллекторной обмотке III трансформатора Тр2, возникающий при закрывании транзистора. Импульсный трансформатор Тр2 можно выполнить на ферритовом кольце 1000НН типоразмера К15Х6Х4,5. Обмотки I и III содержат по 75, а обмотки II а и II б — по 50 витков провода ПЭВ-2 0,1.

Недостатком этого устройства управления является сравнительно низкая частота следования импульсов (примерно 2 кгц при длительности импульса 15 мксек). Увеличить частоту можно, например, уменьшив сопротивление резистора R4, через который разряжается конденсатор С2, но при этом несколько ухудшается температурная стабильность чувствительности сравнивающего узла.

Число-импульсный метод управления тиристорами можно использовать и в рассмотренных выше (рис. 10 и 11) устройствах, поскольку при определенном выборе номиналов элементов (С1, R4— R10, см. рис. 10) триггер Шмитта при напряжении на конденсаторе С1, превышающем уровень срабатывания триггера, генерирует не одиночный импульс, а последовательность импульсов. Их длительность и частота следования определяются параметрами и режимом триггера. Такое устройство получило название «мультивибратор с разрядным триггером».

В заключение следует отметить, что значительное схемное упрощение устройств управления тиристорами при сохранении высоких качественных показателей может быть достигнуто с помощью однопереходных транзисторов.

Радио для всех — Симистор

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут использоваться для управления лампами, моторами или нагревателями и т. Д. Однако одна из проблем использования тиристора для управления такими цепями заключается в том, что, подобно диоду, «тиристор» является однонаправленным устройством, что означает Что он пропускает ток только в одном направлении, от анода до катода . Для цепей коммутации постоянного тока такая характеристика переключения «в одну сторону» может быть приемлемой, так как один раз срабатывает, когда вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку. Но в синусоидальных цепях переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно работает только в течение половины цикла (например, однополупериодного выпрямителя), когда анод положителен, независимо от того, что делает сигнал Gate. Тогда для работы переменного тока только половина мощности подается на нагрузку тиристором. Чтобы получить управление мощностью в полной волне, мы могли бы подключить один тиристор внутри полноволнового мостового выпрямителя, который запускается на каждой положительной полуволне, или соединять два тиристора вместе в обратном параллельном (обратном), как показано ниже Но это увеличивает как сложность, так и количество компонентов, используемых в коммутационной схеме.

Конфигурации тиристоров

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Triode AC Switch» или симистор. Triac для краткости, который также является членом семейства тиристоров, который используется в качестве твердотельного устройства переключения мощности, но, что более важно, это «двунаправленное» устройство. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительным, так и отрицательным напряжением, приложенным к его аноду, и с положительными и отрицательными импульсами триггера, поданными на его вывод затвора, что делает его двухквадрантным переключающим устройством с управляемым затвором. Ведет себя точно так же, как два обычных тиристора, соединенных вместе в обратном направлении (взаимно-обратном) относительно друг друга, и из-за этой компоновки два тиристора совместно используют общий терминал Gate все внутри одного трехтерминального пакета. Поскольку симистор действует в обоих направлениях синусоидальной формы сигнала, концепция анодной клеммы и клемма катода, используемая для идентификации основных силовых клемм тиристора, заменяется идентификацией: MT ₁ для главного терминала 1 и MT ₂для главной Клемма 2 с клеммой G затвора имеет то же самое значение. В большинстве применений коммутации переменного тока затвор с затвором тиристора связан с терминалом МТ ₁ , аналогичным зависимости затвор-катод тиристора или отношения база-эмиттер транзистора. Конструкция, PN и схематический символ, используемый для представления симистора, приведены ниже.

Символ и конструкция

Теперь мы знаем, что симистор представляет собой 4-слойный PNPN в положительном направлении и NPNP в отрицательном направлении, трехконечное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в своем состоянии «OFF», действуя как переключатель разомкнутой цепи, но В отличие от обычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении, когда он запускается импульсом с одним затвором. Затем у симистора есть четыре возможных режима срабатывания следующим образом.

· Ι + Режим = MT ₂ положительный (+ ve), Ток затвора положительный (+ ve)

· Ι — Режим = ток положительного тока MT ₂ (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)

· ΙΙΙ + Режим = отрицательный ток MT ₂ (-ve), ток затвора положительный (+ ve)

· ΙΙΙ — Режим = отрицательный ток MT ₂ (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

Эти четыре режима, в которых может работать симистор, показаны с помощью кривых характеристик ВАХ

Кривые характеристик ВАХ

В квадранте Ι симистор обычно запускается в проводимость положительным током затвора, обозначенным выше как режим Ι + . Но он также может быть инициирован отрицательным током затвора, режим Ι- . Аналогично, в квадранте ΙΙΙ , запускающем с отрицательным током затвора, -Ι _G также является общим, режим ΙΙΙ- вместе с режимом ΙΙΙ + . Режимы Ι- и ΙΙΙ +являются, однако, менее чувствительными конфигурациями, требующими запуска большего тока затвора, чем более распространенные моды запуска триаков для Ι + и ΙΙΙ- . Кроме того, так же, как кремниевые управляемые выпрямители (SCR), триак также требует минимальный ток удержания I _H для поддержания проводимости в точке пересечения волновых форм. Тогда даже несмотря на то, что два тиристора объединены в одно симисторное устройство, они по-прежнему обладают индивидуальными электрическими характеристиками, такими как разные напряжения пробоя, токи удержания и уровни напряжения запуска точно так же, как мы ожидали бы от одного устройства SCR. Triac является наиболее часто используемым полупроводниковым устройством для переключения и управления мощностью систем переменного тока, поскольку симистор может быть включен «ON» с помощью положительного или отрицательного импульса затвора, независимо от полярности питания переменного тока в это время. Это делает идеальный симистор для управления лампой или нагрузкой на двигатель переменного тока с очень простой схемой коммутации симисторов, приведенной ниже.

Цепь переключения Triac

В приведенной выше схеме показана простая схема коммутации симисторов, управляемая постоянным током. Когда переключатель SW1 разомкнут, ток не течет в вентиль симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 закрыт, ток затвора подается к симистору от батареи V _Gчерез резистор R, и симистор приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый выключатель, и полная мощность отводится лампой от синусоидального питания.Поскольку батарея подает положительный ток затвора на симистор, когда переключатель SW1 закрыт, симистор постоянно загорается в режимах Ι + и ΙΙΙ +, независимо от полярности терминала MT ₂ . Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора заключается в том, что нам потребуется дополнительный положительный или отрицательный источник питания для запуска симистора в проводимость. Но мы также можем инициировать симистор, используя фактическое напряжение питания переменного тока как напряжение запуска. Рассмотрим схему ниже.

Цепь переключения Triac

Схема показывает симистор, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную функции в предыдущей цепи постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут , симистор действует как разомкнутый переключатель, и лампа проходит нулевой ток. Когда SW1 замыкается, симистор замыкается «ON» через токоограничивающий резистор R и самозахватывается вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы. Поскольку питание представляет собой синусоидальный переменный ток, симистор автоматически отпирает в конце каждого полупериода переменного тока, когда мгновенное напряжение питания и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но снова защелкивается, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, как Пока выключатель остается закрытым. Этот тип управления переключением обычно называется полным волновым управлением, поскольку управляется обе половины синусоидальной волны. Поскольку симистор фактически представляет собой два соединенных между собой ретранслятора с обратной связью, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменяя способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Управление фазой Triac

Эта базовая схема запуска фазы использует симистор последовательно с двигателем через синусоидальное питание переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной сдвига фаз на затворе симистора, который, в свою очередь, регулирует величину напряжения, приложенного к двигателю, включив его в разное время во время переменного цикла. Триггерное напряжение симистора вырабатывается комбинацией VR1-C1 через Diac(симметричный динистор) — двунаправленное полупроводниковое устройство, которое помогает обеспечить резкий импульс тока триггера для полного включения симистора). В начале каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор, VR1 . Это продолжается до тех пор, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диапака в проводимость, которая, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разряжаться в затвор симистора, поворачивая его «ВКЛ». Как только симистор запускается в режим проводимости и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, соединенную параллельно по ней, и симистор принимает управление на оставшуюся часть полупериода. Как мы видели выше, симистор автоматически выключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 начинается снова в следующем полупериоде. Однако, поскольку симистор требует различного количества тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ- , симистор поэтому асимметричен, что означает, что он не может запускаться в одной и той же точке для каждого положительного и отрицательного полупериода .Эта простая схема управления скоростью симистора подходит не только для регулирования скорости электродвигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электрическим нагревателем, и на самом деле очень похожа на симисторный светорегулятор, используемый во многих домах. Тем не менее, коммерческий трима-диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как обычно световые диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, например, с лампами накаливания. Но помните, что эти устройства можно использовать и подключать непосредственно к источнику питания переменного тока, поэтому тестирование цепи должно выполняться при отключении устройства управления питанием от сети.

Пожалуйста, не забывайте о безопасности!

Тиристорный ключ постоянного тока

Тиристоры составляют наиболее широкий класс полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением и предназначены в основном для коммутации токов и напряжений в сильноточных схемах. Большое число типов тиристоров с разнообразными характеристиками определяют многообразие ключевых и коммутирующих схем на их основе, тем не менее, общее свойство этих приборов — S-образная вольтамперная характеристика — позволяет обобщенно подходить к анализу статических и динамических свойств тиристорных ключей.

Для обеспечения работы ключа в двух устойчивых режимах его нагрузочная прямая должна пересекать вольт-амперную характеристику в трех точках (/, 2, 3) (рис. ???)) из которых положения 1 и 3 являются устойчивыми. Если при отсутствии входного сигнала приложенное к тиристору прямое напряжение не превышает U ВКЛ , то ключ находится в закрытом состоянии. Однако с приближением напряжения на тиристоре к величине, равной U ВКЛ , закрытое состояние оказывается неустойчивым. Более того, некоторые образцы тиристоров могут самопроизвольно отпираться при выдержке под напряжением, значительно меньшем U ВКЛ , что проявляется особенно сильно с увеличением, температуры. Поэтому закрытое состояние тиристора характеризуется лишь частью напряжения U ВКЛ , т. е. максимально допустимым прямым напряжением U ПР.МАКС , находясь под которым прибор должен оставаться закрытым в течение всего срока службы.

Для трехэлектродных тиристоров значение U ПР.МАКС можно увеличить, если зашунтировать управляющий переход или подать на него отрицательное смещение, что вызывает протекание в цепи управляющего электрода запирающего тока I У.ОБР , причем в случае шунтирования управляющего перехода ток I У.ОБР является частью тока анода, ответвляющейся в цепь шунта.

Сопротивление тиристорного ключа в закрытом состоянии определяется током утечки в прямом направлении I УТ , измеренным при напряжении U ПР.МАКС и максимально допустимой температуре, и током I К0 центрального перехода П 2 . Это позволяет использовать в качестве эквивалентной схемы тиристора в закрытом состоянии сопротивление, величина которого равна R ОБР , и источник тока I К0 .

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется остаточным напряжением U ОБР , измеренным при протекании максимального прямого тока I ПР.МАХ , который задается исходя из максимально допустимой мощности рассеивания на тиристоре Р МАХ . Это позволяет заменить открытый тиристор эквивалентным сопротивлением R ПР . величина которого равна R ПР = U ОСТ/ I ПР.МАХ и источником напряжения U ОСТ .

Переключение тиристора из закрытого состояния в открытое должно осуществляться подачей отпирающего импульса в цепь управления для трехэлектродных приборов — триодных (ТТ) и запираемых (ЗТ) тиристоров или в цепь анод-катод для диодных тиристоров (ДТ). Между амплитудой импульса U ВКЛ.ИМП , переключающего ДТ в открытое состояние, которую в соответствии со справочными обозначениями, принятыми для диодных тиристоров, будем обозначать U ПУСК , и статическим значением U ВКЛ не существует корреляционного соответствия. Амплитуда U ПУСК в основном зависит от длительности фронта импульса отпирающего напряжения на аноде тиристора t Ф , емкости участка анод-катод закрытого диодного тиристора C ДТ ≈ C П2 где C П2 — емкость центрального р-n перехода, а следовательно, и от внутреннего сопротивления генератора отпирающих импульсов R ВН .

Для отпирания импульсного ключа, выполненного на трехэлектродном приборе (ТТ или ЗТ), и запирания ключа на ЗТ необходимо обеспечить протекание определенного импульса тока в цепи управления тиристора. Амплитуда этого импульса, прежде всего, зависит от его длительности, а при запирании — и от величины прямого тока анода I ПР , протекающего через открытый тиристор.

Одним из основных параметров, характеризующих процесс отпирания трехэлектродных тиристоров, является импульсный ток спрямления I СПР , под которым следует понимать минимальную амплитуду положительного импульса тока управления заданной длительности, переключающего тиристор в открытое состояние при определенном напряжении на аноде.

Поскольку импульсный ток управления I У.ОБР запирающий тиристор, зависит от тока анода I ПР , то управляемость запираемого тиристора характеризуется импульсным коэффициентом запирания B ЗАП = I ПР / I ЗАП (при I У.ОБР = I ЗАП тиристор запирается).

Длительность процесса отпирания характеризуется временем задержки t З (ток анода возрастает до 0,1 I ПР ) и временем установления прямого сопротивления t УСТ (ток анода изменяется от 0, I ПР до 0,9 I ПР ), которые в сумме составляют время включения t ВКЛ , а длительность процесса запирания характеризуется временем запаздывания t ЗП (ток анода уменьшается до 0,9 I ПР ) и временем спада t СП (ток анода изменяется от 0,9 I ПР до 0,1 I ПР ), которые в сумме составляют время запирания t ЗАП .

Время переключения тиристорного ключа, несмотря на действие сильной внутренней положительной обратной связи составляет существенно большую величину, чем аналогичный параметр у транзисторных ключей. Это объясняется режимом глубокого насыщения p-n-p-n — структуры и связанным с ним накоплением и рассасыванием большого объемного заряда. Из-за этого время включения тиристора составляет единицы микросекунд, а выключения — десятки и сотни микросекунд, уменьшаясь у высокочастотных тиристоров и тиристоров, прямой ток которых существенно меньше максимально допустимого.

Заметим, что при активно-индуктивном характере нагрузки тиристорного ключа нарастание прямого тока определяется не только и не столько инерционностью самого прибора, сколько постоянной времени нагрузки. Для таких ключей длительность управляющих импульсов выбирается не только по минимально заданным справочным данным, но и в зависимости от постоянной времени нагрузки, учитывая, что в течении длительности импульса управления прямой ток должен успеть превысить величину I ВЫКЛ .

К числу параметров, характеризующих отпирание тиристорного ключа, следует отнести и максимально допустимую скорость нарастания анодного тока (dI ПР /dt) MAX . Ограничение скорости (dI ПР /dt) сверху обусловлено влиянием неодномерных явлений на процесс отпирания тиристора и оказывается особенно сильным в режимах, когда амплитуда импульса прямого тока I ПР.ИМП >> I ПР.МАХ . Значения (dI ПР /dt) иI ПР.ИМП.МАХ . зависят от длительности импульсов прямого тока и частоты ихследования.

Построение и расчет цепей отпирания, выключения и запирания тиристорных ключей являются первоочередными задачами, которые приходится решать при проектировании тиристорных устройств. При этом под выключением тиристоров понимается их выключение пo анодной цепи, а под запиранием — выключение по цепи управляющего электрода.

Анализ цепей отпирания. Цепь отпирания должна обеспечить включение от импульса сигнала управления, защиту тиристора от отпирающего импульса помехи и запас по минимально допустимому режиму входной цепи прибора. Эти требования необходимо удовлетворить в заданном диапазоне внешних, например, температурных, воздействий для любого тиристора выбранного типа.

Для обеспечения гарантированного включения тиристора и исключения его срабатывания от сигнала помехи U ПОМ необходимо удовлетворить неравенства

где U ПОМ.У и I ПОМ.У — допустимые значения напряжения и тока помехи, действующей в управляющей цепи.

В случае индуктивного характера нагрузки (рис. 4.7.1-а) длительность импульса управления необходимо увеличить до значения

где I ПР — установившееся значение тока нагрузки; — постоянна» времени цепи нагрузки; τ Н = L Н /R Н ; t ВКЛ — длительность импульса управления при чисто активной нагрузке.

Для уменьшения длительности управляющих импульсов индуктивную нагрузку целесообразно шунтировать активным сопротивлением или последовательной R С -цепью (рис. 4.7.1-б и -в), параметры которых для схемы рис. 4.7.1, а выбираются из условия

а для схемы рис. 4.7.1.

;

Применение резистивно-емкостного шунта уменьшает потери мощности по сравнению с чисто резистивным шунтом, однако при

в схеме могут возникнуть колебательные процессы.Основные схемы цепей отпирания ключей на тиристорах показаны на рис. 4.7.2. Включение диода в управляющую цепь тиристора (рис. 4.7.2, —а и —б ) исключает протекание обратного тока через управляющий переход, что не допускается для обычных триодных тиристоров, а включение R Ш повышает устойчивость тиристоров против самопроизвольного включения В схеме (рис. 4.7.2-б ) роль сопротивления шунта играет малое по постоянному току сопротивление выходной обмотки трансформатора. Включение разделительной емкости C Р в схеме рис. 4.7.2-в позволяет сформировать управляющий импульс с формой, близкой к оптимальной, т. е. крутым и большим по амплитуде передним фронтом и экспоненциально убывающей вершиной.

Схемы цепей отпирания ключей на диодных тиристорах приведены на рис. 4.7.2 г-е. При подаче короткого импульса положительной (рис 4.7.2-г ) или отрицательной (рис. 4.7.2-д) полярности в цепи анод — катод тиристора через емкость центрального перехода C П2 =C S протекает ток, который обеспечивает накопление в базах S заряда Q ВКЛ , необходимого для отпирания прибора. Диод D 1 увеличивает входное сопротивление схемы. Для отпирания S в схеме рис. 4.7.2-д должны выполняться неравенства

а в схеме рис. 4.7.2 —г и д — неравенства

где t Ф.МАХ — максимальная длительность фронта входного импульса C S — емкость тиристора.

нализ цепей выключения. Для выключения тиристора по аноду необходимо уменьшить протекающий через тиристор ток до величины меньшей I ВЫКЛ.MIN , на время большее t ВЫКЛ . В цепях постоянного тока эта задача решается с помощью транзисторного ключа или коммутирующих реактивных элементов

Схемы выключения тиристорного ключа с последовательным и параллельным транзисторами показаны на рис. 4.7.3 –а и —б. Последовательный

транзистор, запираясь оложительным импульсом, прерывает протекание тока через тиристор на время t И > t ВЫКЛ . Дополнительное подключение Е 0 повышает надежность выключения, компенсируя ток I К0 закрытого транзистора, и способствует повышению скорости рассасывания объемного заряда и, тем самым, уменьшает время выключения тиристора.

В схеме с параллельным транзистором при его отпирании основная часть анодного тока тиристора ответвляется через транзистор, прямой ток тиристора уменьшается ниже I ВЫКЛ.MIN и тиристор запирается. Для повышения надежности запирания последовательно с тиристором можно включить диод D , который увеличивает остаточное напряжение и сопротивление шунтируемой транзистором цепи и тем самым уменьшает протекающий в ней при открытом транзисторе ток.

Поскольку в тиристорных ключах с транзисторными схемами выключения рассасывание накопленного в структуре заряда происходит только за счет процессов рекомбинации, то время выключения тиристоров затягивается, а амплитуды коммутируемых токов и напряжений, определяемые характеристиками транзисторов, ограничивают область применения тиристорных ключей. Такие схемы выключения применяются только для маломощных тиристоров.

олее широко в импульсной технике используются схемы выключения с помощью заряженного конденсатора и вспомогательного тиристора. Суть работы этих схем выключения заключается в том, что предварительно заряженный конденсатор с помощью вспомогательного тиристора подключается к основному тиристору таким образом, что ток его разряда направлен навстречу прямому току основного тиристора, что обеспечивает его форсированное запирание. Коммутирующий конденсаторС может быть подключен с помощью вспомогательного тиристора S2 параллельно основному тиристору S1 (рис. 4.7.4 –а-в), параллельно нагрузке (рис. 4.7.5 -г и д) или к соединенным последовательно тиристору S1 и нагрузке (рис. 4.7.4-е). Соответственно различают параллельную (рис. 4.7.4, а-д) и последовательную (рис. 4.7.4 -е) коммутации.

араметры коммутирующей емкостиС и дросселя L рассчитывают исходя из условия, при котором на основном тиристоре за время перезаряда конденсатора до нуля сохраняется обратное напряжение течение отрезка времени длительностью не меньше t ВЫКЛ . Заряд конденсаторов С обеспечивается специальной зарядной цепью, которая на рис. 4.7.4-б-е не показана.

Для формирования мощных коротких импульсов используется выключение тиристоров с помощью последовательного LC -контура. Основное преимущество способа заключается в простоте коммутирующих цепей (рис. 4.7.5), не содержащих вспомогательных тиристоров и зарядных цепей. Для выключения тиристора с помощью LC -контура ударного возбуждения при R Е/ I ВЫКЛ прежде всего необходимо, чтобы конденсатор разряжался (рис. 4.7.5- а и б) или заряжался (рис. 4.7.6-в) по колебательному закону и при этом выполнялось условие

где I 1 — значение первого отрицательного экстремума переменной составляющей тока, протекающего через индуктивность контура; R1 — сопротивление, учитывающее омическое сопротивление катушки и нагрузки.

В схеме рис. 4.7.5 -а после отпирания тиристора S и изменения направления тока, протекающего через индуктивность контура, открывается диод D . К тиристору в течение времени ∆t (пока открыт диод D и ток контура С — R1 — L — D превышает ток, равный E/(R+R1) ) прикладывается обратное напряжение. Значения L и С можно рассчитать по формулам

Коммутирующая цепь рис. 4.7.5-а позволяет построить схемы формирователей импульсов длительностью t И > t ВЫКЛ . Для формирования мощных коротких импульсов длительностью t И t ВЫКЛ можно использовать схемы рис. 4.7.5-б и в. В этой схеме коммутационный ток контура протекает через тиристор S в запирающем направлении, что форсирует процесс его запирания.

Анализ цепей запирания. Существует два вида цепей запирания ключей на запираемых тиристорах: с накопителем и без накопителей энергии.

Цепи с накопителем энергии представлены на рис. 4.7.6. В этих схемах включение (рис. 4.7.6 -а) или отключение (рис. 4.7.6 -б) ключа SA приводит к разряду энергии, накопленной в конденсаторе или индуктивности, в направлении, запирающем тиристор S . Схемы включения тиристора для простоты не показаны. Параметры элементов запирающей цепи выбираются из условия:

для схемы рис. 4.7.6 -б

;

Цепи запирания, не содержащие накопителей энергии, благодаря простоте, малым размерам и массе, а также высокому быстродействию могут наиболее успешно использоваться при построении тиристорных ключей на запираемых тиристорах.

Принцип запирания S без накопителей энергии показан на рис. 4.7.7-а. Запирание тиристора S , включенного ранее положительным импульсом через диод D при разомкнутом ключе SA, осуществляется замыканием ключа SA . При этом через управляющую цепь протекает обратный ток I У.ОБР , величина которого, согласно упрощенной эквивалентной схеме (рис. 4

.7.7-б), равна

Если соблюдается условие I У.ОБР ≥ I ПР /B ЗАП то тиристор закрывается. Минимальная величина R Н , при которой можно использовать этот метод, имеет место при R Б = 0 и может быть найдена из соотношения

(4.7.3)

В качестве ключа SA можно использовать маломощные транзистор или тиристор (рис. 4.7.8).

отсутствии запирающего сигналаU ЗАП транзистор T и тиристор S2 заперты, а тиристор S1 может быть включен сигналом U ОТП . При поступлении сигнала U ЗАП ключ в запирающей цепи открывается, пропуская через себя ток запирания S1 . В схеме 4.7.8 -в, где используется разделенная нагрузка, величина сопротивления R Н2 может быть выбрана из условия (4.7.3) при R Н = R Н2 .

Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преимущественно тиристоры. Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недостаток – трудность выключения – в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.

Схема однофазного тиристорного ключа приведена на рис. 8.7. Импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров.

Если на аноде тиристора Д1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании ключа К через диод ДЗ и резистор К пройдет импульс тока управления тиристором Д1. В результате тиристор Д1 включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор Д2. Пока ключ К будет замкнут, тиристоры будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке.

Такие тиристорные ключи являются основой однофазных и трехфазных коммутирующих устройств.

В качестве примера рассмотрим тиристорный контактор переменного тока с управлением от анодного напряжения.

Особенность полупроводниковых коммутационных устройств состоит в том, что они без принципиальных изменений в силовой части могут выполнять различные функции. Так, тиристорный блок, выполненный по схеме на рис. 8.5, одинаково успешно может работать и в качестве контактора, и в качестве выключателя. Только заменой тиристоров (изменяется тип, класс по напряжению или группа прибора по динамическим параметрам) обеспечивается расширение области применения аппаратов по току или напряжению. Существенно можно повлиять на работу схемы и с помощью системы управления, что будет показано на примере работы тиристорного контактора (рис. 8.8).

Силовой блок контактора выполнен по схеме с встречно-параллельным соединением тиристоров VS1 и VS2. Управление им осуществляется с помощью цепи, состоящей из резисторов R1, R2, R3 и механического контакта S. Эта цепь подключена параллельно тиристорам, поэтому при замкнутом ключе S напряжение на ее элементах, и в частности на резисторах R1 и R3, изменяется синхронно с анодным напряжением на тиристорах. А так как эти резисторы подключены параллельно управляющим цепям тиристоров, то напряжение одной полярности одновременно нарастает и на аноде тиристора, и на его управляющем электроде.

Если это напряжение является положительным, например, по отношению к тиристору VS1, и снимаемое с резистора R1 напряжение превышает значение отпирающего напряжения, тиристор VS1 включается. При изменении полярности напряжения таким же образом происходит включение тиристора VS2.

Диоды VD1 и VD2 в схеме необходимы для защиты управляющих цепей тиристоров от обратного напряжения при отрицательном напряжении на их анодах.

Регулируемый резистор R2 в управляющей цепи выбирается из условия ограничения амплитуды импульса тока управления до допустимого для используемых тиристоров значения. Учитывая, что контакт S может быть замкнут в интервале полупериода в любой момент времени, в том числе и в момент достижения напряжением сети амплитудного значения Um, сопротивление резистора определяем из выражения

где R G – собственное сопротивление управляющей цепи тиристора.

Изменением сопротивления резистора R2 можно управлять током во входных цепях тиристоров и, следовательно, моментом включения их по отношению к началу полупериода напряжения (рис. 8.9). В результате контактор становится способным выполнять еще одну функцию – регулирование тока в нагрузке. Предельный угол задержки включения тиристоров a max , который можно обеспечить резисторной управляющей цепью, равен 90°. Сам процесс регулирования тока (напряжения, мощности) в цепи посредством изменения угла задержки включения тиристора a называют фазовым регулированием.

Зависимости изменения напряжения на активной нагрузке и тока в ней от угла a для рассматриваемой схемы определяются выражениями

Минимальный угол задержки включения тиристоров при активной нагрузке a » 2°. Это объясняется тем, что все тиристоры имеют порог чувствительности по управляющей цепи, и, кроме того, изменяющееся по синусоидальному закону анодное напряжение тоже должно превысить пороговое значение, по крайней мере, в два раза.

Эти факторы приводят к появлению бестоковых пауз в кривой тока нагрузки (t п на рис. 8.9). Из-за разброса характеристик управления тиристоров эти паузы могут быть неодинаковы по длительности, что приводит к появлению постоянной составляющей в токе нагрузки.

При необходимости углы задержки включения тиристоров выравнивают регулированием токов управления посредством изменения сопротивления подстроечных резисторов R1 и R3 (рис. 8.8).

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к области электротехники, а именно используется в аналоговых электронных схемах: электронном реле, следящих устройствах, генераторных схемах; в источниках питания постоянного тока, и предназначено использование тиристора (симистора) в переключающих устройствах для управления транзисторным ключом в динамичном режиме сравнимым логическим уровнем 1 и 0.

Целью является расширение функциональных возможностей тиристора в источнике постоянного тока, который направлен именно управлять транзисторным ключом с мощным выходом в динамичном режиме для коммутирования любой нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что способ управления транзисторным ключом на тиристоре (симисторе) заключается в том, что управляющий электрод транзисторного ключа любой проводимости подключают положительным смещением к тиристорному переключателю между анодом тиристора и катодом диода, коллектором или эмиттером транзистора, таким образом закрывают цепь управляющего электрода ключа транзистора от связи с минусом, в том числе и через управляющий электрод тиристора, а нагрузку подключают в цепь коллектора или эмиттера ключа транзистора между источником питания плюс или минус, через тиристорный переключатель протекает переменно изменяющийся рабочий ток от цепи питающего входа, тиристор открывается током больше удерживающего и переводит базу ключа транзистора в отрицательное смещение, а отключается током меньше удерживающего и переводит базу ключа транзистора в положительное смещение, причем ток через тиристор раскладывают на два плеча и устанавливают следующую оптимальную пропорцию тока удерживания, переменно изменяющий ток через цепь тиристорного переключателя 10%…20%, при менее котором тиристор отключается, остальной установочный ток через резистор положительного смещения базы ключа транзистора.

Установочный ток через тиристор раскладывают дополнительно через третье плечо задатчика тока, который подключают параллельно резистору положительного смещения ключа транзистора.

Рабочий ток через тиристорный переключатель устанавливают подбором токоограничивающего резистора, который вводят между общей точкой анода тиристора и катода диода, коллектором или эмиттером транзистора тиристорного переключателя.

Рабочим током тиристорного переключателя управляют транзистором любой проводимости, который вводят в цепь питающего входа тиристорного переключателя.

Принцип работы способа управления поясняется чертежами фиг.1-3.

Схема управления (фиг.1) содержит источник питания, транзисторный ключ 7, база которого через резистор 5 и плюс источника питания через резистор 4 подключена между анодом тиристора 8 и катодом диода 9 тиристорного переключателя 2. К тиристорному переключателю 2 подключен вход питающей цепи 6. Управляющий электрод тиристора 8 через резистор 3 подключен в цепь питающего входа 6, а через резистор 1 подключен с катодом тиристора 8 к минусу. Коллектор ключа транзистора 7 подключен к плюсу, а эмиттер через нагрузку Rн подключен к минусу.

Транзисторный ключ 7 может быть любой проводимости, а нагрузка Rн подключается к цепи эмиттера или коллектора между плюсом или минусом источника питания. Диод 9 закрывает базу ключа транзистора от связи с минусом, в том числе и через цепь управляющего электрода тиристора 8. Такую же функцию может выполнить переход коллектор-эмиттер или эмиттер-коллектор транзистора.

Управляющий электрод тиристора 8 может подключаться к питающему входу 6 через резистор, или конденсатор, или диод, или стабилитрон, или комбинированно. Резистор 5 с транзистором n-p-n проводимостью в некоторых случаях может не устанавливаться, который в основном ограничивает импульсы высокого напряжения при переключениях.

Схема работает следующим образом: с включением источника питания при закрытом состоянии тиристора 8 положительное смещение на базе закроет транзисторный ключ 7 с p-n-p проводимостью, а с n-p-n проводимостью откроет. При увеличении напряжения в цепи питающего входа 6, при токе больше удерживающего тиристор 8 откроется и перекинет в отрицательное смещение базу транзисторного ключа 7. Транзисторный ключ 7 с p-n-p проводимостью откроется и включит нагрузку Rн, а с n-p-n проводимостью закроется и отключит нагрузку Rн.

Для эффективной работы схемы подбирают оптимальную пропорцию распределения минимального тока удерживания тиристора 8. Ток тиристора 8 устанавливают подбором сопротивления резистора 4 из расчета около 80…90% от тока удерживания и 10…20% через цепь питающего входа 6 тиристорного переключателя 2, меньше при котором тиристор 8 будет закрываться. Для примера, испытания проводились в цепи источника питания 12 В на симисторе ТС10-6 и на тиристорах КУ101Е, КУ101Г, удерживающий ток у которых составлял 2 мА…5 мА, при этом величина тока порога отключения тиристора 8 была всегда постоянна. Вновь тиристор 8 открывался при повышении напряжения на 0,7…0,9 В на питающем входе 6, который был подключен к тиристорному переключателю 2 через резистор 3 к. При токе удерживания тиристора более 7 мА установку тока удерживания тиристора через вход питающей цепи 6 производят по способу, изложенному в чертеже фиг.2.

Фиг.2 отличается от фиг.1 тем, что цепь базы смещения ключа транзистора 7 подключена к общей точке анода тиристора 8 через введенный диод 11, а катод диода 11 подключен к плюсу через задатчик тока 10. Между общей точкой анода тиристора 8 и диода 9 введен токоограничивающий резистор 12. В этой схеме рассматриваются два способа управления: через задатчик тока 10 и через введенный резистор 12.

Диод 11 запирает от связи задатчик тока 10 с базой ключа транзистора 7 и улучшает динамику коммутации. Задатчик тока 10 является балластным элементом, может содержать построечный и токоограничивающий резистор. Им устанавливают минимальный ток удерживания тиристора 8 по цепи питающего входа 6.

Токоограничивающий резистор 12 может дополняться построечным резистором. Данным способом задают момент включения и отключения тиристора 8 в зависимости от величины напряжения цепи питающего входа 6.

Фиг.3 отличается от фиг.1 тем, что питающий вход 6 подключен к тиристорному переключателю 2 через введенный транзистор 14 и токоограничивающий резистор 13, а к базе подключен управляющий вход. Транзистор 14 может быть любой проводимости, который управляет рабочим током тиристора 8 или переводит тиристор 8 в открытое и закрытое состояние, который переключает транзисторный ключ 7.

К примеру, при подключении к управляющему входу генератора пилообразных импульсов на выходе ключа транзистора 7 будут сигналы прямоугольных импульсов, а на примере чертежа фиг.9 и фиг.10 показана работа простого электронного реле.

Устройство реализации способа, содержащее источник питания, транзисторный ключ n-p-n проводимости, база которого через защитный резистор и плюс источника питания через резистор смещения подключены между анодом тиристора и катодом диода, а управляющий электрод тиристора через резистор, или резистор, последовательно соединенный стабилитрон или диод подключен к аноду диода или к эмиттеру транзистора, через другой резистор подключен к минусу с катодом тиристора, а коллектор ключа транзистора подключен к плюсу источника питания или подключен через нагрузочный резистор, а общая точка эмиттера через промежуточный резистор подключена к аноду диода тиристорного переключателя, а вторая параллельная цепь эмиттера — к выходу генератора, причем эмиттер и точка смещения базы транзистора подключены к минусу через конденсатор, а база транзистора подключена с эмиттером через защитный резистор, а с минусом через защитный конденсатор.

Общая точка промежуточного резистора и конденсатора соединена с эмиттером транзистора через введенный диод.

Параллельно ключу транзистора подключен второй составной транзисторный ключ p-n-p проводимости, эмиттер выходного транзистора подключен с плюсом источника питания, а коллекторы обоих транзисторов подключены к минусу через нагрузку, а вход базы составного транзистора подключен через один резистор к плюсу источника питания, а через второй резистор к точке смещения базы ключа транзистора.

К выходу генератора подключен через токоограничивающий резистор анод диода второго тиристорного переключателя, а между катодом диода и анодом тиристора подключен управляющий электрод симистора, а фаза L через нагрузку и симисторный ключ подключена к общему проводу рабочего нуля N и корпуса.

Параллельно аноду и катоду тиристора подключен блокировочный транзистор любой проводимости, а база подключена к управляющему входу.

Между коллектором транзистора и источником питания плюс или нагрузочным резистором введен светодиод оптопары, а параллельно светодиоду подключен защитный стабилитрон или резистор, а коллектор транзистора оптопары подключен к плюсу, а эмиттер подключен через резистор к базе первого транзистора усилительного каскада, причем база которого подключена к минусу через защитный конденсатор, а к эмиттеру через защитный резистор, а коллектор подключен к плюсу источника питания через резистор или подключен к коллектору второго транзистора усилительного каскада, который подключен к плюсу источника питания через нагрузку, а база подключена к эмиттеру первого транзистора и подключена к минусу и эмиттеру через резистор или последовательно соединенный диод.

Устройство генератора (фиг.4) содержит источник питания, транзисторный ключ 7, база которого через резистор 5 и плюс источника питания через резистор 4 подключены между анодом тиристора 8 и катодом диода 9. Управляющий электрод тиристора 8 через резистор 3 подключен к аноду диода 9, а через резистор 1 подключен к минусу с катодом тиристора 8. Коллектор транзистора 7 подключен к плюсу источника питания. Общая точка эмиттера транзистора 7 через диод 19 и промежуточный резистор 18 подключена к диоду 9 тиристорного переключателя 2, а общая точка диода 19 и промежуточного резистора 18 подключена с минусом через конденсатор 20, а к эмиттеру подключен выход генератора. К точке смещения базы транзистора 7 подключен конденсатор 15, а база с минусом подключена через защитный конденсатор 16, а с эмиттером через защитный резистор 17.

Устройство работает следующим образом: с включением источника питания положительное смещение на базе откроет транзисторный ключ 7. Плюс эмиттера через диод 19 и промежуточный резистор 18 запитает тиристорный переключатель 2. Тиристор 8 откроется при токе, большем, чем ток удерживания, и переведет базу транзистора 7 в отрицательное смещение, ключ закроется. Ток через тиристор 8 станет меньше удерживающего, и тиристор 8 закроется. Вновь на базе транзистора 7 окажется положительное смещение, и цикл будет повторяться. Конденсатор 15 растягивает верхний (положительный) фронт открытого состояния транзистора 7, а конденсатор 20 растягивает нижний фронт закрытого состояния транзистора 7, и дополнительно подбором номинала промежуточного резистора 18 изменяют частоту переключений генератора. Промежуточный резистор 18 содержит один постоянный, или один построечный, или построечный дополняется последовательно и параллельно подключенными резисторами. Причем построечный резистор может быть в виде регулятора. Диод 19 запирает обратный разряд конденсатора в цепь выхода генератора. Управляющий электрод тиристора 8 подключают дополнительно с резистором 3 к аноду диода 9 или к эмиттеру транзистора 7 через стабилитрон или диод в случаях для установки порога открытия тиристора или для компенсации разницы падения напряжения перехода на диоде 9. Управляющему входу и питающему входу тиристора 8 при необходимости дополнительно подключают конденсатор для импульсного открытия тиристора.

Фиг.5 — устройство двухтактного генератора, отличающееся от фиг.4 тем, что коллектор ключа транзистора 7 подключен к источнику питания через нагрузочный резистор 24, а промежуточный резистор 18 подключен в виде построечного резистора, а к выходу генератора подключен контрольный светодиод 23 через резистор 22. Параллельно ключу транзистора 7 подключен составной транзисторный ключ на транзисторах 26 и 27 p-n-p проводимости. Вход базы составного транзисторного ключа 26 подключен через резистор 25 к плюсу источника питания, а через резистор 21 — к общей точке смещения базы ключа транзистора 7. Эмиттер выходного транзистора 27 подключен к плюсу, а коллекторы обоих транзисторов 26 и 27 подключены к минусу, через нагрузку — лампу 28.

Нагрузочный резистор 24 позволяет расширять диапазон регулирования сопротивления промежуточного резистора 18, с уменьшением которого улучшается динамика открывания ключа транзистора 7, но при этом ухудшается его закрывание.

Составной транзисторный ключ p-n-p проводимости открывается и закрывается синхронно с тиристором 8, а транзисторный ключ 7 работает асинхронно.

Испытания проводились на лампе накаливания до 80 Вт.

Коммутирование лампы 28 производилось низкой частотой и регулирование накала — большой частотой подбором конденсаторов 15 и 20 и регулятора промежуточного резистора 18. Схема работает при токе удерживания тиристора 8 в пределах 3-15 мА, при этом паспорта транзисторов могут отличаться, в том числе в других схемах.

Выделенные элементы в рамке под цифрой 29 — тиристорный переключатель 2, транзисторный ключ 7 и составной транзисторный ключ 26 и 27 — можно назвать тиристорно-транзисторный коммутатор или тиристорно-транзисторный ключ. Пример реализации в интегральном исполнении.

схемы устройства высоковольтного преобразователя

Фиг.7 и фиг.8 — схемы устройства высоковольтного преобразователя, отличающиеся тем, что в генераторе параллельно аноду и катоду тиристора 8 подключен транзистор 38 p-n-p проводимости, а к базе подключен управляющий вход 37, которая блокирует и включает генератор, или управляющий вход может работать, как задающий генератор. Причем транзистор 38 может быть любой проводимости.

Генератор схемы фиг.8 отличается от фиг.7 тем, что между нагрузочным резистором 24 и коллектором транзистора 7 введен светодиод 56 оптопары, а параллельно светодиоду 56 подключен стабилитрон 55. Коллектор транзистора 57 оптопары подключен к плюсу, а эмиттер подключен (фиг.7 — выход генератора подключен) через резистор 42 к базе первого транзистора 49 усилительного каскада. Причем база первого транзистора 49 подключена к минусу через защитный конденсатор 44, а к эмиттеру через защитный резистор 45. Коллектор первого транзистора 49 подключен через резистор 48 к плюсу между защитным диодом 47 и резистором 46 или подключается к коллектору второго транзистора 53, который подключен через защитный диод 52, нагрузка 54 (катушка зажигания) — к плюсу источника питания. Эмиттер первого транзистора 49 подключен к базе второго транзистора 53, база которого через резистор 50 и диод 51 подключена вместе с эмиттером к минусу. Плюс источника питания через защитный диод 47 и защитный резистор 46 подключен в схему питания генератора, а к плюсу и минусу генератора подключены параллельно конденсатор 39 и стабилитрон 43.

В качестве нагрузочного элемента и контроля к выходу генератора подключают контрольный светодиод 41 через резистор 40 или только резистор, который особенно необходим при недостаточном токе, через светодиод 56 оптопары для открытия транзисторного ключа 57, а при большом токе параллельно светодиоду 56 оптопары устанавливают шунтирующий резистор. С оптопарой типа РС817 (SHARP) схема может работать без дополнительного нагрузочного элемента.

Сигнал низкого уровня на управляющем входе 37 открывает транзистор 38, генератор при этом отключается. Положительный уровень на входе 37 закрывает транзистор 38, и генератор включится, который запустит выходной каскад усилителя.

Испытания проводились на катушке зажигания автомобиля Б117 автотрансформаторного типа, устойчивая пробойная дуга достигала максимально до 40 мм по схеме фиг.7, а по схеме фиг.8 до 30 мм. Снижение напряжения на выходе катушки производят подбором номиналов конденсатора 44, резистора 45, или дополнительно подключаются параллельно коллектору и эмиттеру выходного транзистора 53 конденсатор и стабилитрон.

Устройство может служить как многоимпульсный преобразователь для бесконтактных устройств зажигания на автомобиле и в сварочном производстве для работы оссилятора, или могут подключаться другие нагрузки, к примеру коммутироваться лампы накаливания или подключаться звуковая сирена и т.д. Причем схема может работать без защитных элементов 43, 46, 47 и 52.

Фиг.9 — устройство электронного реле. База транзистора 14 подключена к времязадающей цепочке, коллектор подключен к плюсу источника питания, а эмиттер подключен к питающему входу цепи тиристора 8 через токоограничивающий резистор 13 и диод 9. Резистор R4 — регулятор выдержки времени.

Устройство работает следующим образом

включаем источник питания, транзисторный ключ 7 закрыт. При кратковременном нажатии кнопки SB1 зарядится конденсатор С1, откроется транзистор 14, который откроет тиристор 8, а тиристор переключит транзисторный ключ 7, катушка реле К1 включится. По мере разряда конденсатора С1 происходит снижение напряжения на нем. Это приводит к снижению напряжения на эмиттере транзистора 14, и при токе, меньше удерживающего, тиристор 8 закроется. Положительное смещение на базе закроет транзисторный ключ 7, и реле К1 отключится. Устройство при данных номиналах элементов и при удерживающем токе тиристора 8 — в пределах 3-5 мА. Время выдержки может доходить до 30 минут, а погрешность при стабильном источнике питания — в пределах 2-3%.

Фиг.10 — устройство электронного реле на симисторе оптопары. Принцип работы аналогичен. Симистор оптопары типа МОС3063 или МОС3082, удерживающий ток у них в пределах 0,4-0,6 мА. По этой причине подключен составной транзисторный ключ (аналогично составному ключу на чертеже фиг.5) с большим входным сопротивлением. Управляющий вход светодиода оптопары подключен через стабилитрон и резистор, параллельно которым подключен вспомогательный конденсатор для импульсного открытия симистора. Стабилитрон служит для отсекания тока через светодиод оптопары при снижении напряжения на эмиттере транзистора 14. Этим добиваются увеличения времени выдержки.

При испытаниях время выдержки составило около 40 минут, а погрешность — в пределах 2%. Показатели значительно выше, чем на тиристоре КУ101.

Предлагается способ определения минимального тока удерживания тиристора любой структуры. Между источником питания плюс и минус подключают тиристорный ключ через токоограничивающий резистор и последовательно соединенный миллиамперметр или другой регистрирующий прибор. Причем параллельно источнику питания подключают электролитический конденсатор большой емкости. К управляющему входу через токоограничивающий резистор или конденсатор кратковременно подают импульс положительного напряжения. Фиксируют ток через тиристор по миллиамперметру, затем отключают источник питания. По мере разряда конденсатора будет снижаться ток через тиристор, и по моменту резкого отклонения стрелки миллиамперметра определяют минимальный ток удерживания.

Использование способа управления транзисторным ключом найдет применение в следующих электрических схемах устройств: электронное реле времени, к примеру коммутация катушек реле; следящих схемах, к примеру аварийные переключатели на блоках питания; генераторных схемах, к примеру высокочастотные сирены в охранных устройствах, высоковольтные преобразователи для катушек зажигания.

Составную часть устройства: тиристорный переключатель и транзисторный ключ — можно назвать тиристорно-транзисторный коммутатор или тиристорно-транзисторный ключ, который может реализоваться как единая интегральная схема. В этом случае понадобится регламентировать паспортные данные на минимальные токи удерживания.

На изобретение выдан патент Российской Федерации RU2343622
Автор(ы): Алексеев Альберт Герасимович, Алексеев Виталий Альбертович

Принцип работы тиристора

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах , через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.

Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.

Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока.

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.

После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность, которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

Электронный ключ.

Электронные ключи DC/AC.

В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Инверсия входного сигнала.
Регулируемая задержка переднего фронта входного сигнала.
Генерация импульса заданной длительности по переднему фронту сигнала.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.
Предусмотрено подключение внешних радиаторов.
Через разъём IDC 10 предусмотрено подключение микроконтроллера.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату проекта в altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник. В архиве gerbers.zip находятся файлы с трассировкой печатной платы. Данный файл подготовлен для размещения на https://www.pcbway.ru/ по расценкам 5USD за 10 штук.

Противопоказаний использовать в верхнем ключе транзисторы N-типа не существует. Но Вы должны обеспечить чтобы напряжение срабатывания на затворе было выше напряжения на стоке. Как правило за Вас эту работу делает драйвер верхнего ключа.

Питание драйвера TC4452 выполнено от преобразователя с гальванической развязкой от исходного напряжения. «Минус» полученного напряжения 12 вольт соединён с истоком транзистора через резистор с нулевым сопротивлением по схеме. В результате на затворе управляющее напряжение будет всегда выше напряжения стока, это значит, что в процессе работы транзистор будет открыт либо закрыт полностью.

В итоге Вы получаете драйвер верхнего ключа на транзисторе N-типа использование которого ограничено напряжением гальванической изоляции преобразователя. Преимуществом является более высокое быстродействие транзисторов N-типа и низкое сопротивление канала сток-исток чему у аналогичных транзистороы P-типа.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.

Если у Вас нет необходимости работать с цепями переменного тока и перед Вами не стоит задача предотвратить возврат ОЭДС в истчник питания, один транзистор можно не ставить. В этом случае выходы на плате исток и сток транзистора следует перемкнуть перемычкой.

Драйвер управления тиристорами и транзисторами.

Данная схема является продолжением работы над драйвером управления транзисторами и дополнена функционалом необходимым для включения и выключения тиристоров в цепях постоянного и переменного тока без привзяки к фазе питающего напряжения. Схема и разводка печатной платы доступна по данной ссылке .

Принципиальная схема.

В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Установлен разъём IDC10 для подключения к микроконтроллеру. Выбор порта осуществляется установкой соответсвующей перемычки.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Инверсия входного сигнала.
Регулируемая задержка переднего фронта сигнала.
По переднему фронту формируется импульс заданной длительности.
Генерация коротких импульсов с настраиваемыми длительностью импульса и паузами между ними.

Управление тиристорами.

Использование тиристоров в качестве ключей позволяет управлять силовой нагрузкой значительной мощности, превосходящей возможности большинства транзисторов. Для использования тиристоров в качестве силовых ключей в цепях постоянного и переменного тока прорабатывается схемотехника управления тиристорами.

Если замкнуть катод и анод тиристора, то ток идущий через тиристор снижается до величины меньшей Iвыкл, в результате тиристор закроется. Если снять напряжение с управляющего электрода тиристора, замкнуть ключ соединяющий анод и катод, то после размыкания ключа тиристор будет заперт, ток через него течь не будет.

По спаду управляющего сигнала, формируется импульс запирающий тиристор через замыкание катода и анода тиристора — красный луч. Замыкание анода и катода реализовано через транзисторную пару включенную по схеме нечувствительной к полярности источника питания нагрузки.

На осциллограмме ниже показано как соотносится изменение напряжения на нагрузке - синий луч, к управляющему сигналу — жёлтый луч. Сигнал закрытия транзистора формируется по спаду управляющего сигнала, на осциллограмме курсором показано время в течение которого должен быть замкнут катод и анод тиристора для гарантированного закрытия тиристора. Соответственно схема формирующая управляющий сигнал должна учитывать это время.

Тиристор допускает прохождение тока только в одном направлении, поэтому для работы в цепи переменного тока требуется два тиристора включенных встречно.

Включение тириситора осуществлялось подачей напряжения на его управляющий электрод с импульсного трансформатора B82804A0264A210. При длительности импульса более пятнадцати микросекунд данный импульсный трансформатор греется и после выходит из строя.

По итогам тестирования индуктивных нагрузок в резонансе времени включения в 10 мкс недостаточно, поэтому в итоговой версии драйвера было принято решение вместо импульсного трансформатора использовать ферритовое кольцо с намотанными на нем 50 витками провода UTP с размещением его непосредственно на управляющем электроде тиристора.

Данная техника работы с тиристорами на стадии тестирования, поэтому для полноценной работы с тиристорами требуется две схемы драйвера. Первый на включение с формированием импульса по переднему фронту на включение и второй с генерацией аналогичного импульса инвертированного входного сигнала на выключение. Установка транзисторов на включение через импульсный трансформатор не требуется. Достаточно токов драйвера.

На видео демонстрируется работоспособность схемы в цепи постоянного тока — включение и выключение лампы накаливания 12V и управление нагрузкой в сети 220V с переменным напряжением. На частотах вплоть до 20кГц и работе на нагрузку в 150 ватт нагрев силовых электронных компонентов отсутствует.

Заметки на будущее:

В случае ёмкостной или активной нагрузки рассматриваемая схемотехника включения и выключения тиристоров работает идеально. С индуктивной нагрузкой, если та ещё и в резонансе — сложности. Трудно добиться стабильной работы. Частично помогает снаббер. Гарантированному включению тиристора способствует генерация коротких импульсов. Но в любом случае нужна обратная связь.
Радует что при ошибках оператора вылетают пробки, а не полупроводниковый прибор как это гарантированно случается с транзисторами не зависимо от цены.

Универсальные электронные ключи DC/AC.

В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.
Возможно подключение внешних радиаторов.
Плата 85*42мм на двустороннем текстолите FR4 2мм, толщина фольги 105 мкм.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект diptrace по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.

Для приложений может быть критична задержка в распространении сигнала. На осциллограмме далее показана задержка между сигналом с генератора на входе схемы (жёлтый луч) и затвором транзистора (синий луч). Задержка формируется оптроном ACPL-W70L-000E и драйвером управления транзистором TC4452VAT и составляет около 100ns.

В демонстрационном видеоролике показана работа схемы в управлении транзисторными модулями BSM100GB60DLC в цепи переменного тока 220V, но требуется дополнительная установка параллельно внутренним диодам транзисторов внешних, соответсвующей мощности.

Способы запирания тиристоров — КиберПедия

Как уже сказано, для выключения тиристора нужно каким-либо способом снизить его прямой ток до нуля на некоторый промежуток времени, определенный временем рассасывания неосновных носителей. Это в основном и отличает тиристор – прибор с частичной, неполной управляемостью от, например, транзистора – полностью управляемого прибора, который можно и включить и выключить по цепи управления.

Выключение проводящего ток тиристора можно осуществлять различными способами. Проще всего выключать тиристор, если он работает в цепи переменного тока. Тогда под действием переменного напряжения питающей сети ток тиристора сам снижается до нуля и происходит его выключение (коммутация). Такой способ коммутации получил название естественной и широко применяется в силовых преобразовательных устройствах переменного тока. Сложнее обстоит дело в цепях постоянного тока. Там необходимы специальные устройства, обеспечивающие принудительное выключение тиристора в нужный момент времени. Такие устройства называют узлами искусственной (принудительной) коммутации. В основе построения коммутационных узлов лежат следующие способы:

1. Введение в цепь тиристора колебательных LC-контуров – последовательных или параллельных (рис. 7.6, а, б). Тиристор закрывается в момент перехода через нуль тока в колебательном контуре. Время включенного состояния коммутируемого тиристора определяется параметрами схемы искусственной коммутации и может быть изменено только изменением этих элементов, что сложно. Поэтому такой способ используется сравнительно редко и только в устройствах с т.н. частотно-импульсной модуляцией, когда длительность интервала проводимости тиристора постоянна, а регулируется частота их следования.

Выключение тиристора путем изменения полярности напряжения между катодом и анодом. Для этого используют предварительно заряженный конденсатор, который в нужный момент времени подключают между анодом и катодом тиристора в запирающей полярности (рис. 7.6, в) путем замыкания ключа К.

Описанными способами удается придать тиристору свойства полностью управляемого вентиля, но схема сильно усложняется.

Разновидности тиристоров.

На основе обычных тиристоров созданы различные их разновидности, имеющие более узкое назначение. Наибольшее применение в практике нашли симметричные тиристоры, запираемые тиристоры и оптотиристоры. Их УГО показаны на рис. 7.7.

Симметричные тиристоры или короче симисторы (англ. аббревиатура TRIAC) представляют собой соединение структуры двух встречно включенных тиристоров в одном приборе с общим электродом управления. Если подать на управляющий электрод отпирающий сигнал, симистор включается при любой полярности напряжения, приложенного между силовыми электродами. Эти приборы используются для включения-отключения нагрузки и для фазового управления в цепях переменного тока.

Запираемый тиристор (ЗТ) (GTO – Gate turn off thyristor) – тиристор, который может быть заперт путем подачи на управляющий электрод импульса тока отрицательной полярности. Структура ЗТ, как и у обычного тиристора – четырехслойная с тремя силовыми выводами. Однако конструктивное исполнение отличается. Для увеличения поверхности протекания тока от управляющего электрода к катоду при одновременном сокращении путей его протекания катод выполнен в виде большого числа концентрических окружностей, имеющих общий контакт с управляющим электродом. При таком катоде быстрый рост запирающего тока управляющего электрода приводит к быстрому уменьшению тока катода и выключению ЗТ. Необходимый для запирания отрицательный ток управляющего электрода составляет примерно 30 % от максимально допустимого значения запираемого тока. Однако энергия выключения мала, так как импульс очень короткий (10 – 100 мкс).

В настоящее время созданы запираемые тиристоры с максимальными значениями напряжения до 6 кВ и тока до 6 кА.

Оптоуправляемый тиристор (оптотиристор) включается воздействием потока оптического излучения на ПП-структуру, что вызывает генерацию дополнительных носителей в облучаемой области и эквивалентно току управления. Пояснить конструкцию.

Защита СПП

Защита при токовых перегрузках в аварийных режимах

Способность выдерживать перегрузки и перенапряжения у СПП гораздо меньше, чем у электромеханических устройств. В силовой цепи в случае короткого замыкания сверхтоки могут достигать десятков и даже сотен тысяч ампер. Однако СПП могут выдерживать импульсы токов только в несколько тысяч ампер. Поэтому необходимо решать проблему защиты как самих СПП, так и аппаратуры в целом.

Защита СПП должна безопасно прерывать возможные сверхтоки за очень короткое время и ограничивать тепловую энергию ( òi²dt ), пропускаемую к устройству во время отключения цепи. Для этого полный òi²dt устройства защиты должен быть меньше, чем òi²dt, который может выдержать полупроводник.

Для защиты СПП при токовых перегрузках в аварийных режимах обычно используют специальные быстродействующие предохранители с плавкой вставкой или жидкометаллические предохранители.

Быстродействующие предохранители имеют специальную конструкцию, обеспечивающую более быстрое плавление вставки, нежели у обычных предохранителей такого же номинала.

В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/индий/ олово и др.). При срабатывании металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5 – 2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию.

Сверхток может возникнуть не только при коротком замыкании во внешней цепи. Случайный выход за пределы безопасного диапазона может повредить СПП. Чаще всего при этом возникает короткое замыкание. Сверхток короткого замыкания приводит к расплавлению проводников и к взрыву СПП. Это может вывести из строя окружающие компоненты и вызвать пожар в оборудовании. Поэтому рекомендуется включать быстродействующие предохранители в последовательно с каждым СПП. Даже если предохранитель не успеет защитить от сгорания сам СПП, то он предотвратит дальнейшие разрушения и ограничит энергию, выделившуюся в процессе неисправности.

Помимо сверхтоков, необходимо защищать СПП от выходе за пределы ОБР в динамических режимах работы при помощи снабберов.

Защита транзисторов

Биполярные транзисторы весьма чувствительны к перенапряжениям и к кратковременным перегрузкам по току. Поэтому необходимо использовать схемы ЦФТП, формирующие необходимые траектории как при включении, так и выключении (рис. 7.8, а).

В отличие от биполярных МОП-транзисторы менее подвержены пробою. Обычно ограничиваются RС-цепью,подключенной параллельно транзистору (рис. 7.8, б).

Защита тиристоров

Тиристоры являются приборами, критичными к скоростям нарастания тока в открытом состоянии (di/dt) и напряжения в закрытом состоянии (du/dt).

При включении тиристора в первый момент времени возникает проводящий канал небольшого сечения между анодом и катодом, и только через некоторое время проводящей становится вся полупроводниковая структура. При высоких значениях di/dt возникает неравномерная плотность тока в сечении полупроводника. В области с максимальной плотностью тока возникает локальный перегрев с последующим повреждением структуры. Основной причиной высоких значений di/dt является малое значение индуктивности в контуре, содержащем источник напряжения и включенный прибор.

Для снижения значения di/dt обычно включают последовательно с тиристором реактор с индуктивностью, ограничивающей скорость нарастания тока. В ряде случаев оказывается целесообразным включать насыщающиеся реакторы, которые до наступления момента насыщения ограничивают ток тиристора. После завершения процесса включения тиристора реактор насыщается, его реактивное сопротивление резко уменьшается и происходит дальнейший рост тока до установившегося значения. Применение насыщающегося реактора позволяет защитить тиристор от высоких скоростей изменения тока di/dt на первом этапе включения, когда это наиболее опасно.

Впрочем, в большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников напряжения, входящих в цепь включаемого тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительные индуктивности.

Большая величина du/dt вызывает перезаряд барьерных емкостей. Вследствие этого в тиристоре возникает емкостной ток, которые может вызвать ложное включение тиристора [четвертая причина включения]. Для защиты тиристора от высоких значений du/dt обычно используют демпфирующую RС-цепь (см. рис. 7.8, б). Эта же цепь защищает тиристор от импульсных перенапряжений.

Как работает тиристорная схема »Электроника

Существует множество схем тиристоров / тиристоров, которые могут управлять как постоянным, так и переменным током — часто в цепях управления переменным током используется разность фаз на затворе для управления уровнем протекающего тока.

Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора Схема работы Конструкция пусковой / пусковой цепи Лом перенапряжения Цепи симистора

Тиристорные цепи SCR широко используются для управления мощностью как в системах постоянного, так и переменного тока.В схемах используется множество различных методов для управления потоком тока нагрузки, но все они требуют, чтобы затвор сработал и напряжение на аноде с катода было снято, чтобы остановить ток. Понимание того, как работает схема тиристора / тиристора, упрощает их проектирование.

Во многих схемах тиристоров переменного тока и тиристоров используется переменная разность фаз сигнала, создаваемого на затворе, для управления частью формы волны, по которой проводит тиристор. Этот тип схемы относительно легко спроектировать и построить.

Тиристор постоянного тока / цепь SCR

Есть много приложений, где требуется цепь SCR для управления работой нагрузки постоянного тока. Его можно использовать для двигателей постоянного тока, ламп или любой другой нагрузки, требующей переключения.

Базовая схема SCR, приведенная ниже, может управлять мощностью нагрузки с помощью небольшого переключателя, чтобы инициировать подачу питания на нагрузку.

Базовая схема тиристора постоянного тока / тиристора

Изначально при замкнутом S1 и разомкнутом S2 ток не протекает.Только когда S2 замкнут и запускает затвор, вызывая протекание тока затвора, схема SCR включается и ток течет в нагрузке.

Ток будет продолжать течь до тех пор, пока не будет прервана анодная цепь. Это можно сделать с помощью S1. Альтернативный метод состоит в том, чтобы поместить переключатель S1 на тиристор, и, мгновенно замкнув его, напряжение на тиристоре исчезнет, и тиристор перестанет проводить.

В результате их функций в этой схеме SCR S1 может называться выключателем, а S2 — выключателем.В этой конфигурации S1 должен иметь возможность проводить ток полной нагрузки, в то время как S2 должен иметь возможность переносить ток затвора. Как только тиристор включен, переключатель можно отпустить и оставить в разомкнутом состоянии, поскольку действие тиристора поддерживает ток, протекающий через устройство и, следовательно, через нагрузку.

Резистор R1 подключает затвор к питанию через переключатель. Когда переключатель S2 замкнут, ток проходит через резистор, попадает в затвор и включает тиристор. Резистор R1 должен быть рассчитан так, чтобы обеспечить достаточный ток затвора для включения цепи SCR.

R2 включен для снижения чувствительности SCR, чтобы он не срабатывал при возникновении любого шума, который может быть уловлен.

Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора

Когда переменный ток используется с тиристорной схемой, необходимо внести несколько изменений, как показано ниже.

Причина этого заключается в том, что питание переменного тока меняет полярность в течение цикла. Это означает, что SCR станет смещенным в обратном направлении, эффективно уменьшая анодное напряжение до нуля, вызывая его отключение в течение одной половины каждого цикла.В результате отпадает необходимость в выключателе, поскольку это достигается при использовании источника переменного тока.

Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора

Работа схемы немного отличается от схемы тиристора постоянного тока. Когда переключатель включен, схема должна будет дождаться, пока не появится достаточное анодное напряжение, пока форма волны переменного тока продвигается по своему ходу. Кроме того, схеме SCR необходимо будет подождать, пока напряжение в секции затвора схемы не сможет обеспечить достаточный ток для запуска SCR.Для этого переключатель должен находиться в закрытом положении.

После срабатывания SCR остается в проводящем состоянии в течение положительной половины цикла. По мере падения напряжения наступит момент, когда напряжение на аноде и катоде будет недостаточным для поддержания проводимости. На этом этапе SCR перестанет проводить.

Тогда в течение отрицательной половины цикла SCR не будет работать. Только когда вернется следующая положительная половина цикла, процесс повторится.

В результате эта цепь будет работать только тогда, когда переключатель затвора находится в закрытом положении.

Одна из проблем с использованием схемы SCR такого рода заключается в том, что она не может подавать более 50% мощности на нагрузку, потому что она не проводит ток в течение отрицательной половины цикла переменного тока, потому что SCR смещен в обратном направлении.

AC SCR цепь с контролем фазы затвора

Можно контролировать количество энергии, достигающей нагрузки, изменяя долю полупериода, в течение которого проводит SCR. Это может быть достигнуто с помощью схемы SCR, которая включает управление фазой входного стробирующего сигнала.

Формы сигналов тиристорной цепи переменного тока

Используя схему SCR с управлением фазой, можно увидеть, что сигнал затвора SCR получается из RC-цепи, состоящей из R1, VR1 и C1 перед диодом D1.

Как и в случае с базовой схемой тиристора переменного тока, интерес представляет только положительный полупериод сигнала, поскольку тиристор смещен в прямом направлении. В течение этого полупериода конденсатор C1 заряжается через цепь резисторов, состоящую из R1 и VR1, от напряжения питания переменного тока. Видно, что форма волны на положительном конце C1 отстает от формы входной волны, и затвор срабатывает только тогда, когда напряжение на верхнем конце конденсатора поднимается достаточно, чтобы запустить SCR через D1.В результате точка включения SCR задерживается по сравнению с той, которая обычно имела бы место, если бы RC-сеть отсутствовала. Установка значения VR1 изменяет задержку и, следовательно, пропорцию цикла, в которой работает SCR. Таким образом можно регулировать мощность нагрузки.

Схема тиристора переменного тока с управлением фазой затвора

Включен последовательный резистор R1, чтобы ограничить минимальное значение для цепи резисторов значением, которое обеспечит приемлемый уровень тока затвора для SCR.

Как правило, чтобы обеспечить полный контроль над 50% цикла, доступного для проведения с помощью SCR, фазовый угол сигнала затвора должен варьироваться от 0 ° до 180 °.

Эти схемы дают некоторые из основных концепций, лежащих в основе проектирования схем тиристоров / тиристоров. Они демонстрируют основные операции того, как они работают и как их можно использовать.

Одна из основных проблем, о которых следует помнить при проектировании тиристорных схем, — это рассеиваемая мощность. Поскольку эти схемы часто работают с высоким напряжением и высокими уровнями мощности, рассеяние мощности может быть основным фактором при проектировании и работе схемы.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем. . .

тиристоров в цепях постоянного тока

Изучив этот раздел, вы сможете:
Общие сведения о работе SCR в цепях постоянного тока:
SCR как переключатель постоянного тока.
SCR как предохранительное устройство лома.

Рис. 6.1.1 Управление постоянным током с помощью тиристора

Коммутация постоянного тока

Тиристоры

могут использоваться для управления нагрузками переменного или постоянного тока и могут использоваться для переключения низковольтных слаботочных устройств, а также очень больших токов при сетевом (линейном) напряжении. Простой пример тиристора, управляющего нагрузкой постоянного тока, такой как небольшой двигатель постоянного тока, показан на рис. 6.1.1. Двигатель здесь подключен к источнику питания 12 В постоянного тока через тиристор BT151, но не будет работать, пока тиристор не будет работать. Это достигается путем кратковременного замыкания «пускового» переключателя, который подает импульс тока на вывод затвора тиристора. Теперь двигатель работает, поскольку тиристор включается, и его сопротивление теперь очень низкое.

Когда пусковой переключатель возвращается в нормально разомкнутое состояние, ток затвора больше не возникает, но тиристор продолжает проводить, и в цепи постоянного тока ток будет продолжать течь, и двигатель продолжает работать.Любые дальнейшие действия пускового переключателя теперь не действуют. Тиристор выключится только в том случае, если ток упадет до значения ниже порогового значения тока удержания тиристора.

Это достигается за счет короткого замыкания тиристора путем кратковременного замыкания переключателя «стоп». Ток схемы теперь протекает через выключатель остановки, а не через тиристор, который мгновенно отключается, поскольку ток SCR теперь уменьшается до значения, меньшего, чем значение тока удержания. Остановка двигателя также может быть достигнута путем использования нормально замкнутого переключателя, включенного последовательно с тиристором, который при нажатии также временно предотвращает протекание тока через тиристор на время, достаточное для отключения тиристора.

Хотя эта простая схема работает, как можно увидеть в видео, сопровождающем рис. 6.1.1, нетрудно представить более простые способы включения и выключения небольшого двигателя. Однако этот принцип полезен в таких ситуациях, как использование компьютера для управления двигателем постоянного тока. Небольшой ток, производимый на выходе компьютера, используется для запуска тиристора (обычно через оптоволоконное устройство для обеспечения гальванической развязки). Затем тиристор может подавать на двигатель или другое устройство ток более высокого значения.Использование тиристора с некоторыми подходящими дополнительными схемами могло бы также позволить дистанционное переключение схемы или устройства, запускаемое, например, радиосигналом.

Рис. 6.1.2 Защита лома от перенапряжения

SCR Цепи лома

Еще одна операция постоянного тока с использованием тиристоров — это схема «лом», используемая в качестве устройства защиты от перенапряжения. Схема называется ломом, так как ее действие так же тонко, как быстрый удар ломом. Такие цепи часто могут препятствовать тому, чтобы цепи источника питания выдавали напряжение, превышающее нормальное, в условиях неисправности.

Основная идея состоит в том, что если, например, неисправность в линии источника питания постоянного тока приводит к тому, что выходное напряжение превышает заданное значение напряжения, это «перенапряжение» обнаруживается и вызывает обычно непроводящий тиристор, подключенный между выходом источника питания и земля включится очень быстро. Это может иметь различные защитные действия, простейшее из которых, как показано на рис. 6.1.2, — это сработать предохранитель и, таким образом, полностью отключить питание, что потребует внимания сервисного техника для восстановления работоспособности схемы.Это часто выбирается как самый безопасный вариант, так как причина первоначального перенапряжения должна быть исследована и устранена, прежде чем цепь снова будет работать.

На рис. 6.1.2 выход регулируемого источника постоянного тока 5 В воспринимается D1, стабилитроном 6,2 В, анод которого удерживается под напряжением, близким к 0 В, с помощью R1. Этот резистор 100 Ом гарантирует, что если линия питания 5 В поднимется выше заданного предела, через стабилитрон будет протекать достаточный ток, чтобы обеспечить достаточный ток на затворе SCR для включения SCR.Также необходимо позаботиться о том, чтобы SCR не сработал случайно из-за каких-либо быстрых скачков напряжения, возникающих на линии 5 В, например, из-за других переключающих устройств в цепи питания. Таким образом, C1 подключается между затвором и катодом SCR, чтобы уменьшить амплитуду любых очень коротких импульсов помех, при условии, что они не существуют достаточно долго, чтобы зарядить C1 до достаточно высокого уровня, чтобы запустить SCR.

Причина использования тиристора для перегорания предохранителя заключается в том, что предохранители срабатывают не сразу, они срабатывают, перегорая, когда чрезмерный ток протекает достаточно долго, так что плавкий элемент нагревается и плавится.Это может занять достаточно много времени, чтобы чрезмерное напряжение уже разрушило ряд полупроводниковых компонентов. Однако тиристор имеет очень быстрое время включения (около 2 мкс для BT151), так что в течение короткого времени между возникновением перенапряжения и срабатыванием предохранителя весь выходной ток источника питания будет проходить через тиристор, а не через цепь подается.

Хотя схемы, подобные показанным на рис. 6.1.2, широко используются, использование предохранителей для защиты сложных низковольтных полупроводниковых цепей может не обеспечить подходящей защиты.Однако улучшенная схема, которая может предотвратить ситуации перенапряжения без перегорания предохранителей и которая зависит только от почти мгновенного действия полупроводников, описана в нашем модуле источников питания 2.2 на последовательных регуляторах напряжения.

Обзор схем, типов и применений тиристоров

На коммерческой основе первые тиристорные устройства были выпущены в 1956 году. С помощью небольшого устройства тиристоры могут управлять большими значениями напряжения и мощности.Широкий спектр применения в регуляторах освещенности, регулировании мощности и скорости электродвигателя. Раньше тиристоры использовались в качестве реверсивного тока для выключения устройства. На самом деле он требует постоянного тока, поэтому приложить его к устройству очень сложно. Но теперь, используя управляющий сигнал строба, новые устройства можно включать и выключать. Тиристоры можно использовать для полного включения и выключения. Но транзистор находится между включенным и выключенным состояниями. Итак, тиристор используется в качестве переключателя и не подходит в качестве аналогового усилителя.Перейдите по ссылке: Методы связи с тиристорами в силовой электронике

Что такое тиристор?

Тиристор — это четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор из материала типа P и N. Всякий раз, когда затвор получает ток срабатывания, он начинает проводить, пока напряжение на тиисторном устройстве не окажется под прямым смещением. Таким образом, в этом состоянии он действует как бистабильный переключатель. Чтобы контролировать большую величину тока двух выводов, мы должны спроектировать трехпроводной тиристор, комбинируя небольшую величину тока с этим током.Этот процесс называется контрольным отведением. Если разность потенциалов между двумя выводами находится под напряжением пробоя, то для включения устройства используется двухпроводной тиристор.

Тиристор

Обозначение цепи тиристора

Обозначение схемы тиистора приведено ниже. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор.

TRIAC Symbol

Тиристор

имеет три состояния.

Обратный режим блокировки — В этом режиме работы диод блокирует подаваемое напряжение.
Режим прямой блокировки — В этом режиме напряжение, приложенное в одном направлении, заставляет диод проводить. Но здесь не будет проводимости, потому что тиристор не сработал.
Режим прямой проводимости — Тиристор сработал, и ток будет течь через устройство до тех пор, пока прямой ток не станет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Схема слоев тиристоров

Тиристор состоит из трех p-n-переходов , а именно J1, J2 и J3.Если анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, а вывод затвора не запускается никаким напряжением, то J1 и J3 будут находиться в состоянии прямого смещения. В то время как переход J2 будет находиться в состоянии обратного смещения. Таким образом, переход J2 будет в выключенном состоянии (проводимости не будет). Если увеличение напряжения на аноде и катоде превышает V _BO (напряжение пробоя), то для J2 происходит лавинный пробой, и тогда тиристор переходит в состояние ВКЛ (начинает проводить).

Если к клемме затвора приложено напряжение В _G (положительный потенциал), то на переходе J2 произойдет пробой, которая будет иметь низкое значение В _AK . Тиристор может переключиться в состояние ВКЛ, выбрав соответствующее значение В _G . В условиях лавинного пробоя тиристор будет работать непрерывно без учета напряжения затвора до тех пор, пока не будет достигнуто значение

Снимается потенциал V _AK или
Удерживающий ток больше, чем ток, протекающий через устройство

Здесь В _G — Импульс напряжения, который является выходным напряжением релаксационного генератора UJT.

Схема слоев тиристоров

Схемы переключения тиристоров

Цепь тиристора постоянного тока
Схема тиристора переменного тока

Цепь тиристора постоянного тока

При подключении к источнику постоянного тока для управления большими нагрузками постоянного тока и током мы используем тиристор. Основное преимущество тиристора в цепи постоянного тока в качестве переключателя дает высокий коэффициент усиления по току. Небольшой ток затвора может управлять большим количеством анодного тока, поэтому тиристор известен как устройство, работающее от тока.

Цепь тиристора постоянного тока

Цепь тиристора переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор действует иначе, потому что он не такой, как схема, подключенная к постоянному току. В течение половины цикла тиристор используется в качестве цепи переменного тока, вызывая его автоматическое отключение из-за состояния обратного смещения.

Схема тиристора переменного тока

Типы тиристоров

По возможностям включения и выключения тиристоры подразделяются на следующие типы:

Тиристоры с кремниевым управлением или тиристоры
Затвор отключающий тиристоры или ГТО
Эмиттер выключения тиристоров или ЭТО
Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
Двунаправленные тиристоры или триодные тиристоры
МОП отключающие тиристоры или МТО
Двунаправленные тиристоры с фазовым управлением или BCT
Тиристоры с быстрым переключением или тиристоры
Светоактивированные кремниевые выпрямители или LASCR
Тиристоры с управлением на полевых транзисторах или FET-CTH
Интегрированные тиристоры с коммутацией затвора или IGCT

Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые типы тиристоров.

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Кремниевый управляемый выпрямитель также известен как тиристорный выпрямитель. Это четырехслойное твердотельное устройство с контролем тока. SCR могут проводить ток только в одном направлении (однонаправленные устройства). SCR могут нормально запускаться током, который подается на клемму затвора. Чтобы узнать больше о SCR. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о: Учебник по основам и характеристикам SCR

Затвор отключающий Тиристоры (ГТО)

Одним из особых типов мощных полупроводниковых приборов является GTO (тиристор с выключенным затвором).Терминал ворот управляет включением и выключением переключателей.

GTO Symbol

Если положительный импульс приложен между выводами катода и затвора, то устройство будет включено. Выводы катода и затвора ведут себя как PN-переход, и между выводами существует небольшое напряжение относительно. Это ненадежно как SCR. Для повышения надежности мы должны поддерживать небольшой положительный ток затвора.

Если импульс отрицательного напряжения приложен между выводами затвора и катода, устройство выключится.Чтобы вызвать напряжение катода затвора, часть прямого тока украдена, что, в свою очередь, может упасть наведенный прямой ток, и автоматически GTO перейдет в состояние блокировки.

Приложения

Электроприводы с регулируемой скоростью
Инверторы большой мощности и тяги

Применение GTO на частотно-регулируемом приводе

Существует две основные причины использования привода с регулируемой скоростью — это обмен и управление технологической энергией. И это обеспечивает более плавную работу.В этом приложении доступен высокочастотный ГТО с обратной проводимостью.

GTO Application

Emitter Turn OFF Тиристор

Тиристор выключения эмиттера — это один из типов тиристора, который включается и выключается с помощью полевого МОП-транзистора. Он включает в себя как преимущества MOSFET, так и GTO. Он состоит из двух вентилей — один вентиль используется для включения, а другой вентиль с последовательным MOSFET используется для выключения.

Emitter Turn OFF Thyristor

Если на затвор 2 подается некоторое положительное напряжение, он включает полевой МОП-транзистор, который соединен последовательно с клеммой катода тиристора PNPN.МОП-транзистор, подключенный к клемме тиристорного затвора , выключится, когда мы подадим положительное напряжение на затвор 1.

Недостатком MOSFET-транзистора, соединенного последовательно с зажимом затвора, является то, что полное падение напряжения увеличивается с 0,3 В до 0,5 В и соответствующие ему потери.

Приложения

Устройство
ETO используется для ограничителя тока короткого замыкания и полупроводникового выключателя из-за его высокой способности к прерыванию тока, высокой скорости переключения, компактной конструкции и низких потерь проводимости.
Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе

По сравнению с электромеханическими распределительными устройствами твердотельные выключатели могут обеспечить преимущества в сроке службы, функциональности и скорости. Во время переходного процесса выключения мы можем наблюдать рабочие характеристики полупроводникового переключателя ETO .

Заявка ETO
Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
Обычный тиристор большой мощности отличается от тиристора с обратной проводимостью (RCT).RCT не может выполнить обратную блокировку из-за обратного диода. Если мы будем использовать обгонный диод или обратный диод, то это будет более выгодно для этих типов устройств. Потому что диод и SCR никогда не будут проводить, и они не могут одновременно выделять тепло.
RCT Symbol
Приложения
RCT или тиристоры с обратной проводимостью в преобразователях и преобразователях частоты, используемых в контроллере переменного тока с использованием схемы демпфера.
Применение в контроллере переменного тока с использованием демпферов
Защита полупроводниковых элементов от перенапряжения заключается в индивидуальном размещении конденсаторов и резисторов параллельно переключателям.Таким образом, компоненты всегда защищены от перенапряжения.
RCT Application
Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC
TRIAC — это устройство для управления током, это трехконтактное полупроводниковое устройство . Он образован от названия «Триод для переменного тока». Тиристоры могут проводить только в одном направлении, но TRIAC может проводить в обоих направлениях. Есть два варианта переключения формы сигнала переменного тока для обеих половин: один использует TRIAC, а другой — тиристоры, подключенные взаимно.Чтобы включить одну половину цикла, мы используем один тиристор, а для работы другого цикла мы используем тиристоры с обратным подключением.
Симистор
Приложения
Используется в диммерах домашнего освещения, регуляторах малых двигателей, регуляторах скорости вращения электрических вентиляторов, управлении небольшими бытовыми электроприборами переменного тока.
Применение в диммерах домашнего освещения
При использовании рубящих частей переменного напряжения диммер будет работать. Это позволяет лампе пропускать только части сигнала.Если dim больше, чем прерывание формы волны, также больше. В основном передаваемая мощность будет определять яркость лампы. Обычно для изготовления диммера используется TRIAC.
Применение симистора
Это все о типах тиристоров и их применениях. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электротехники и электроники вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают тиристоры?
Фото:
Символ тиристора викимедиа
Схема слоев тиристора tumblr
Учебные пособия по электронике для тиристорных цепей постоянного тока
GTO Thinkelectronics
Электронное руководство по ремонту TRIAC
Диммер для домашнего освещенияdigikey
Типы тиристорных ступиц
SCR Применения | Переключатель, управление питанием переменного и постоянного тока, защита от перенапряжения
В этом руководстве мы узнаем о некоторых широко известных приложениях SCR.Применения SCR включают переключение, управление мощностью в цепях переменного и постоянного тока, защиту от перенапряжения и т. Д.
Приложения SCR
Благодаря широкому спектру преимуществ, таких как возможность включения из выключенного состояния в ответ на низкий ток затвора, а также возможность переключения высоких напряжений, SCR или тиристор могут использоваться в различных приложениях.
Эти приложения включают переключение, выпрямление, регулирование, защиту и т. Д. SCR используются для управления бытовыми приборами, включая освещение, контроль температуры, регулирование скорости вентилятора, нагрев и активацию сигнализации.
В промышленных приложениях тиристоры используются для управления скоростью двигателя, зарядкой аккумулятора и преобразованием мощности. Некоторые из них описаны ниже.
SCR как коммутатор
Операция переключения — одно из наиболее важных приложений SCR. SCR часто используется в качестве твердотельного реле и имеет больше преимуществ, чем электромагнитные реле или переключатели, поскольку в SCR нет движущихся частей.
На рисунке ниже показано применение SCR в качестве переключателя для включения и выключения питания, подаваемого на нагрузку.Мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется путем подачи на SCR чередующихся запускающих импульсов. Резисторы R1 и R2 защищают диоды D1 и D2 соответственно. Резистор R ограничивает ток затвора.
Во время положительного полупериода входа SCR1 смещен в прямом направлении, а SCR2 — в обратном. Если переключатель S замкнут, ток затвора подается на SCR1 через диод D1 и, следовательно, SCR1 включается. Следовательно, ток течет к нагрузке через тиристор 1.
Точно так же во время отрицательного полупериода сигнала SCR2 смещен в прямом направлении, а SCR1 — в обратном. Если переключатель S замкнут, ток затвора течет к SCR2 через диод D2. Следовательно, SCR2 включен, и ток нагрузки течет через него.
Следовательно, управляя переключателем S, ток нагрузки можно регулировать в любом желаемом положении. Замечено, что этот переключатель управляет током в несколько миллиампер для управления током в несколько сотен ампер в нагрузке.Таким образом, этот метод переключения более выгоден, чем механическое или электромеханическое переключение.
К началу
Регулировка мощности с использованием тиристоров
SCR могут управлять мощностью, передаваемой на нагрузку. Часто требуется изменять мощность, подаваемую на нагрузку, в зависимости от требований к нагрузке, таких как регулировка скорости двигателя и регуляторы освещенности.
В таких условиях изменение мощности с помощью обычных регулируемых потенциометров не является надежным методом из-за большого рассеивания мощности.Для уменьшения рассеиваемой мощности в цепях большой мощности, тиристоры — лучший выбор в качестве устройств управления мощностью.
Управление мощностью переменного тока с помощью SCR
В цепях переменного тока регулировка фазы является наиболее распространенной формой управления мощностью тиристора. При управлении фазой, изменяя угол срабатывания альфа на выводе затвора, достигается управление мощностью.
На рисунке ниже показана полная схема управления волной переменного тока, которая иллюстрирует метод управления фазой. Учтите, что питание переменного тока подается на два встречно-параллельных тиристора.Во время положительного полупериода сигнала SCR1 проводит, в то время как в отрицательном полупериоде SCR2 проводит, когда к ним подаются соответствующие импульсы затвора.
Изменяя угол включения соответствующих тиристоров, время включения изменяется. Это приводит к варьированию мощности, потребляемой нагрузкой. На рисунке ниже SCR срабатывают при задержке импульсов (что означает увеличение угла зажигания), что приводит к снижению мощности, подаваемой на нагрузку.
Основным преимуществом фазового управления является то, что тиристоры автоматически выключаются при каждом текущем нулевом положении переменного тока.Следовательно, для выключения тиристора не требуется схема коммутации.
К началу
Управление мощностью постоянного тока с помощью SCR
В случае цепи постоянного тока мощность, подаваемая на нагрузку, изменяется путем изменения продолжительности включения и выключения SCR. Этот метод называется прерыванием или управлением ВКЛ-ВЫКЛ. На рисунке ниже показано простое двухпозиционное управление нагрузкой с помощью SCR.
Также можно переключать тиристор с определенной частотой срабатывания, чтобы ток, протекающий в нагрузку, варьировался.Примером такой схемы является схема SCR на основе ШИМ, обеспечивающая переменный выход на нагрузку.
Можно подавать переменную мощность постоянного тока на нагрузку, используя схемы выпрямителя с регулировкой фазы. Средняя мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется путем управления моментом включения тиристора. Некоторые из этих выпрямительных схем приведены ниже.
Полуволновой выпрямитель
Схема ниже показывает схему однофазного однополупериодного выпрямителя с тиристором.Диод, включенный последовательно с переменным резистором, подключен к затвору, который отвечает за запуск тринистора.
Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока тиристор смещен в обратном направлении. Следовательно, ток через нагрузку не течет.
Во время отрицательного полупериода входа тиристор смещен в прямом направлении. Если резистор изменяется таким образом, что на затвор подается минимальный ток срабатывания, то тиристор включается. Следовательно, ток начинает течь к нагрузке.
Если ток затвора выше, напряжение питания, при котором тиристор включается, будет меньше. Угол, при котором SCR начинает проводить, называется углом зажигания. Для этой схемы выпрямителя угол открытия можно изменять только в течение положительного полупериода.
Следовательно, изменяя угол зажигания или ток затвора (изменяя сопротивление в этой цепи), можно сделать так, чтобы тиристор проводил часть или полный положительный полупериод, так что средняя мощность, подаваемая на нагрузку, изменялась.
Полноволновой выпрямитель
В двухполупериодном выпрямителе выпрямляются как положительная, так и отрицательная волна входного питания. Следовательно, по сравнению с полуволновым выпрямителем среднее значение постоянного напряжения выше, а также меньше пульсаций. На приведенном ниже рисунке показана схема двухполупериодного выпрямителя, состоящая из двух тиристоров, соединенных с центральным трансформатором с ответвлениями.
• Во время положительного полупериода входа SCR1 смещен в прямом направлении, а SCR2 — в обратном.При подаче правильного стробирующего сигнала SCR1 включается и, следовательно, через него начинает течь ток нагрузки.
• Во время отрицательного полупериода входа SCR2 смещен в прямом направлении, а SCR1 — в обратном. При срабатывании затвора SCR2 включается, и, следовательно, ток нагрузки протекает через SCR2.
• Следовательно, изменяя ток срабатывания тринистора, изменяется средняя мощность, подаваемая на нагрузку.
Полноволновой мостовой выпрямитель
Вместо использования трансформатора с центральным ответвлением можно также использовать четыре тиристора в мостовой конфигурации для получения двухполупериодного выпрямления.Во время положительного полупериода входа SCR1 и SCR2 находятся в проводящем состоянии. Во время отрицательного полупериода SCR3 и SCR4 находятся в состоянии проводимости. Угол проводимости каждого тиристора регулируется путем изменения соответствующих токов затвора. Следовательно, выходное напряжение на нагрузке меняется.
К началу
Защита от перенапряжения с помощью SCR
Благодаря быстрому переключению SCR, одним из распространенных приложений SCR является то, что он может использоваться в качестве защитного устройства.Цепь, используемая для защиты от перенапряжения, называется цепью лома.
На рисунке ниже показана схема лома с использованием тиристора. Эта цепь лома подключается к цепи или нагрузке, которую необходимо защитить. Эта схема состоит из тринистора, который запускается стабилитроном. Этот стабилитрон выбран таким образом, что при нормальных условиях работы он действует как разомкнутый переключатель.
Итак, напряжение на резисторе равно нулю, и, следовательно, тиристор остается в выключенном состоянии.
Каждый раз, когда напряжение источника питания превышает указанные пределы, стабилитроны начинают проводить ток, и на резисторе появляется достаточное напряжение. Это переводит SCR в режим проводимости. Падение напряжения на тиристоре снижается, поскольку он находится в режиме проводимости, и, таким образом, нагрузка защищена от перенапряжения.
К началу
Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристора
Тиристоры — это полупроводниковые устройства, предназначенные для коммутации высокой мощности.Как и тиристоры, транзисторы также используются в качестве переключающих устройств. Транзисторы — это крошечный электронный компонент, который изменил мир, мы можем найти их в каждом устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т.д. Текущий. Основное различие между транзистором и тиристором — . Транзистору требуется непрерывное переключение питания, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он остается включенным.Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна сработать один раз и оставаться включенной навсегда, мы не можем использовать транзистор. Итак, чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем тиристор .
Тиристор работает только в коммутационном режиме. Тиристор может использоваться для управления большими токами постоянного тока и нагрузками. Тиристор ведет себя как электронный фиксатор при использовании в качестве переключателя, потому что при срабатывании один раз он остается в состоянии проводимости до тех пор, пока не будет сброшен вручную. В этом проекте мы покажем вам , как управлять нагрузкой или двигателем постоянного тока с помощью тиристора .Вы можете заменить двигатель постоянного тока любой другой нагрузкой постоянного тока и управлять любой цепью постоянного тока.
Необходимые материалы
Источник постоянного тока 9 В
Тиристор — TYN612
Двигатель постоянного тока (в качестве нагрузки постоянного тока)
Резистор (510, 1кОм)
Переключатель
Кнопка
Соединительные провода
Принципиальная схема
Переключатель S1 в цепи используется для сброса цепи или выключения тиристора.Кнопка S2 Push используется для запуска тиристора путем подачи через него импульса затвора. Положение переключателя S1 можно заменить нормально разомкнутым переключателем на тиристоре.
Тиристор — TYN612
Здесь, в названии тиристора TYN612 , «6» указывает значение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии, V _DRM и V _RRM составляет 600 В, а «12» указывает значение RMS во включенном состоянии. ток, I _{T (RMS)} составляет 12 А.Тиристор TYN612 подходит для всех режимов управления, таких как защита от перенапряжения, цепи управления двигателем, цепи ограничения пускового тока, цепи зажигания емкостного разряда и цепи регулирования напряжения. Диапазон срабатывающего тока затвора (I _GT) составляет от 5 мА до 15 мА. Диапазон рабочих температур от -40 до 125 ° C.
Распиновка и схема тиристора TYN612
Конфигурация выводов тиристора TYN612
Контакт NO.
Имя контакта
Описание
1
К
Катод тиристора
2
А
Анод тиристора
3
г
Затвор тиристора, используемый для запуска
Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристорной цепи
Первоначально переключатель S1 и S2 остается в нормально замкнутом и нормально разомкнутом состоянии соответственно.Когда питание включено, тиристоры остаются смещенными в обратном направлении до тех пор, пока не будет подан стробирующий импульс. Для обеспечения стробирующего импульса мы должны использовать кнопку S2. Когда переключатель S2 замыкается, SCR включается и фиксируется, даже когда мы отпускаем кнопку S2.
Когда тиристор самоблокируется в состояние ВКЛ, единственный способ остановить тиристор от проводимости — это отключить подачу питания. Для этого мы используем переключатель S1, который отключает питание схемы, и тиристор сбрасывается или выключается.
Сопротивление R1 используется для обеспечения достаточного тока затвора для включения тиристора.Сопротивление R2 используется для уменьшения чувствительности затвора и увеличения способности dv / dt. Таким образом, это предотвращает ложное срабатывание тиристора. Узнайте больше о тиристоре и способах его запуска здесь.
Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)
Возможно, вы слышали о выпрямителях раньше. От зарядки наших сотовых телефонов до питания крупных промышленных процессов — существует множество типов выпрямителей, используемых во множестве приложений. Хотя технология управления SCR обычно используется для двигателей постоянного тока , ее можно найти где угодно, от сталелитейных заводов до электростанций.
^{Принципиальная схема выпрямителя с кремниевым управлением}
Многие профессионалы в области промышленности и автоматизации понимают базовый контекст решений автоматизации, подходящих для SCR. Однако кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) часто понимают неправильно. В этой статье будут рассмотрены принципы управления SCR и рассмотрены лучшие способы тестирования этой технологии.
Шлюз и триггеры
SCR преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока .В отличие от диода, который включается, когда через анод и катод проходит 0,7 В, SCR включает в себя вывод затвора, который требует триггера для активации состояния во включенном состоянии. Это позволяет создавать переменное постоянное напряжение из тиристора, поскольку он может запускаться в разных точках синусоидальной волны.
Два критических значения , связанных с запуском, — это напряжение запуска затвора V _GT и ток запуска затвора I _GT . Эти значения обычно указаны в таблице как максимально допустимые значения.Для срабатывания тринистора требуется приложить к выводу затвора не менее 0,7 Вольт. После активации он будет оставаться включенным до тех пор, пока напряжение срабатывания затвора не будет снято или ток между анодом и катодом (также известный как ток удержания I _H) не снизится до уровня ниже расчетного рабочего порога.
Блокирующие напряжения
Еще один важный параметр, который следует учитывать при управлении тиристором, — это напряжение блокировки. Два значения в таблице данных относятся к этому: пиковое напряжение в прямом состоянии в повторяющемся выключенном состоянии V _DRM и пиковое напряжение в обратном состоянии в повторяющемся выключенном состоянии V _RRM.
Эти значения критичны, потому что они определяют, какое напряжение SCR может эффективно блокировать в прямом и обратном направлениях в выключенном состоянии без прерывания. Превышение этого значения приведет к повреждению устройства. Эти устройства не являются идеальными переключателями разомкнутого и замкнутого типа и допускают определенную величину тока утечки на V _DRM и V _RRM. Максимальные значения для этого указаны в таблице данных как пиковый ток в закрытом состоянии I _DRM и пиковый обратный ток I _RRM.
Блокирующие напряжения различаются для разных приложений, но тиристоры мощности в приводах постоянного тока обычно находятся в диапазоне приблизительно от 1400 В до 2200 В.
Критическая скорость нарастания
И, наконец, последний параметр, который следует учитывать при использовании SCR, — это критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии. Критическая скорость нарастания определяет, сколько вольт за заданный промежуток времени может блокировать тиристор, обычно выражается в В / мкс. Если SCR помещается в приложение, где скорость нарастания больше, чем значение, указанное в его техническом описании, устройство может выйти из строя и включиться, когда не срабатывает.Это может разрушить SCR, если этому не уделить внимание. Чтобы снизить скорость нарастания, цепь резистора / конденсатора размещается параллельно с тиристором.
Как вы проверяете SCR?
Существует несколько основных методов определения неисправности устройства:
Перед выполнением любого из этих тестов убедитесь, что питание устройства отключено!
Измерьте сопротивление затвора и катодного вывода. Типичные значения находятся в диапазоне от 8 Ом до 40 Ом.Если соблюдаются значения в диапазоне МОм, вывод затвора открыт и устройство неисправно.
Поместите метр поперек анода и катода, чтобы измерить сопротивление. Поменяйте местами провода и снова измерьте сопротивление. Типичные значения должны быть от 400 кОм до диапазона МОм в обоих направлениях.
Переведите прибор FLUKE или другой тип измерителя в режим проверки диодов. Поместите положительный вывод на анод, а отрицательный на катод. Используя источник постоянного тока низкого напряжения, такой как батарея 9 В, поместите положительный вывод на затвор, а отрицательный вывод на катод.(Не держите этот источник постоянного тока на катоде затвора в течение длительного времени без резистора, подключенного последовательно с ним, иначе может произойти повреждение устройства.) SCR включится, и измеритель должен показывать как обычный диод. В зависимости от типа SCR, измеритель обычно не вырабатывает достаточно тока, чтобы поддерживать SCR включенным, поэтому удаление источника постоянного тока из вывода затвора отключит его.
Профессионально протестированные и оптимизированные SCR
SCR — это простое устройство, которое часто неправильно понимают.Базовое понимание его конструкции и некоторые простые испытания обычно позволяют выявить неисправное устройство. Для всесторонней оценки можно провести более глубокое тестирование V _GT, I _GT, V _DRM и V _RRM. Premier Automation может предложить базовые и расширенные испытания по мере необходимости на нашем полностью оборудованном заводе площадью 40 000 футов.
Наши инженеры являются экспертами в области приводов и решений автоматизации, специализируется на широком спектре отраслей и приложений. Мы проектируем, модернизируем, модернизируем и ремонтируем электрические системы управления, панельное строительство по индивидуальному заказу, , электроснабжение и распределение, , интеграция систем управления национального уровня, и многое другое. Premier Automation предлагает инновационные ответы на любые задачи автоматизации.
Если вы ищете надежного партнера по электрическому контролю, свяжитесь с нами сегодня. Мы будем рады помочь!
Однофазный тиристорный выпрямитель | Plexim
Принцип работы
Однофазный тиристорный выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное на выходе.Поток мощности является двунаправленным между стороной переменного и постоянного тока. Работа схемы зависит от состояния источника переменного тока и угла зажигания α двухимпульсного генератора. Индуктивность источника L _s не учитывается для простоты.
α = 0 °: Когда угол включения тиристоров равен нулю, данная схема сводится к диодному выпрямителю с индуктивной нагрузкой.
0 ° <α <90 °: Угол зажигания больше нуля означает, что тиристор также будет нести положительное запирающее напряжение.Это приводит к отрицательным напряжениям постоянного тока, а также к меньшему среднему напряжению нагрузки V _load = 0.9 · V _{s, rms} · cos (α).
90 ° <α <180 °: Схема находится в инверторном режиме, при этом мощность течет от постоянного тока к переменному току.
Влияние индуктора источника L
_с и напряжения нагрузки В _{нагрузка}
Как и в случае однофазного диодного выпрямителя, индуктивность источника L _с больше нуля приводит к интервалу коммутации тока между парами тиристоров T ₁ / T ₂ и T ₃ / T ₄ .Этот интервал увеличивает угол включения тиристора α и приводит к дальнейшему снижению среднего напряжения нагрузки.
При увеличении напряжения нагрузки ток через дроссель уменьшается. Как и в случае преобразователей постоянного тока в постоянный, в установившемся режиме считается, что схема работает в режиме прерывистой проводимости, если ток через L _d достигает нуля, и в режиме постоянной проводимости, если ток никогда не достигает нуля.
Эксперименты
Установите индуктивность сетки и угол включения тиристора α равными нулю и запустите стационарный анализ.Убедитесь, что результаты в точности соответствуют результатам, полученным для диодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой и индуктивностью источника L _с = 0 Гн.
Установите L _d = 100 мкГн, α = 45 ° и V _{нагрузка} = 150 В. Посмотрите, как ток нагрузки достигает нуля во время установившейся работы — преобразователь теперь работает в режиме прерывистой проводимости.

Контакт NO.	Имя контакта	Описание
1	К	Катод тиристора
2	А	Анод тиристора
3	г	Затвор тиристора, используемый для запуска

Подключение тиристора в цепи постоянного тока

Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи

Принудительная коммутация

Ключ на запираемом тиристоре

Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы

16.1. Запираемые тиристоры

По способу управления разделяют на:

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

Запирание тиристора производится:

По обратной проводимости тиристоры делятся:

15.4. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока

Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы

16.1. Запираемые тиристоры

Включение тиристора в цепь постоянного тока

Регулирование путём размыкания или шунтировки цепи

Принудительная коммутация

Ключ на запираемом тиристоре

Управление запираемым GTO тиристором от источника однополярного напряжения

Радио для всех — Симистор

Тиристорный ключ постоянного тока

Устройство работает следующим образом

Принцип работы тиристора

Электронный ключ.

Электронные ключи DC/AC.

Драйвер управления тиристорами и транзисторами.

Принципиальная схема.

Управление тиристорами.

Универсальные электронные ключи DC/AC.

Способы запирания тиристоров — КиберПедия

Как работает тиристорная схема »Электроника

Тиристор постоянного тока / цепь SCR

Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора

AC SCR цепь с контролем фазы затвора

тиристоров в цепях постоянного тока

Рис. 6.1.1 Управление постоянным током с помощью тиристора

Коммутация постоянного тока

Рис. 6.1.2 Защита лома от перенапряжения

SCR Цепи лома

Обзор схем, типов и применений тиристоров

Что такое тиристор?

Обозначение цепи тиристора

Схема слоев тиристоров

Схемы переключения тиристоров

Цепь тиристора постоянного тока

Цепь тиристора переменного тока

Типы тиристоров

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Затвор отключающий Тиристоры (ГТО)

Применение GTO на частотно-регулируемом приводе

Emitter Turn OFF Тиристор

Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе

Тиристоры с обратной проводимостью или RCT

Применение в контроллере переменного тока с использованием демпферов

Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC

SCR Применения | Переключатель, управление питанием переменного и постоянного тока, защита от перенапряжения

Приложения SCR

Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристора

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

Шлюз и триггеры

Блокирующие напряжения

Критическая скорость нарастания

Как вы проверяете SCR?

Профессионально протестированные и оптимизированные SCR

Однофазный тиристорный выпрямитель | Plexim

Принцип работы

Влияние индуктора источника L

Эксперименты

Читайте также

Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна

Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков

Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей

Добавить комментарий Отменить ответ