Что такое триак: Что такое ТРИАК | Voltstab.ru

Что такое ТРИАК | Voltstab.ru

TRIAC — это электрический компонент, который имеет два провода, которые используются для подключения переменного тока (AC) и третьего провода, используемого для запуска устройства. В отличие от некоторых других устройств, таких как транзисторы и диоды, TRIAC может проводить ток в обоих направлениях между двумя проводящими проводами. Триггерная часть устройства, называемая его затвором, включает или выключает устройство в разной степени.

Используя затвор в сочетании с фазой переменного тока, TRIAC может быть настроен так, чтобы пропускать через него только часть сигнала переменного тока и часто используется в таких устройствах, как диммерные переключатели и регуляторы скорости электродвигателя.

Слово TRIAC, созданное путем слияния триода с AC, первоначально было торговым наименованием, используемым General Electric для его версии переключателя переменного тока на основе кремния, управляемого затвором. Однако с момента его первоначального выпуска это слово стало общим названием для всех таких устройств. Собственно, устройства называются двунаправленными или двусторонними тиористами. Иногда устройство просто называют тиристором, что удобно, но не совсем точно, поскольку устройство представляет собой, по существу, конфигурацию двух тиристоров.

Тиристор представляет собой специализированное полупроводниковое устройство, обычно состоящее из четырех слоев кремния, соединенных вместе. Четыре отдельных слоя кремния обрабатываются так, чтобы они обладали переменными электрическими зарядами положительно-отрицательно-положительных-отрицательных или PNPN. Каждый конец слоев служит в качестве соединителя для доступа к тиристору. Положительным концом является анод устройства и отрицательный конец его катода. Соединение затвора также подается на положительно заряженный слой, зажатый между двумя отрицательно заряженными слоями.

В статических условиях чередующиеся слои зарядового резиста пропускают электрический ток через тиристор. Однако существует ограничение на количество напряжения, которое может сопротивляться устройству. Если напряжение, приложенное к устройству, превышает этот предел, устройство будет поддаваться эффекту, называемому лавиной, и начнет проводить электрический ток.

Для управления тиристором к его воротам применяется отрицательное напряжение. Это изменяет заряд в положительном слое на более отрицательный наклон, что может вызвать лавину. Изменяя напряжение на затворе, можно изменять лавинную точку тиристора, позволяя устройству проводить электрический ток только при заданном напряжении или выше.

Сигналы переменного тока непрерывно чередуются от полного положительного напряжения к нулевому напряжению, затем к полному отрицательному напряжению, назад к нулевому напряжению, а затем снова к полному положительному напряжению. Это означает, что сигнал переменного тока постоянно меняет уровень напряжения. В результате, изменяя напряжение затвора тиристора, можно изменять и контролировать процентное напряжение переменного тока, которое может проходить через устройство.

Однако тиристоры могут проводить только электрический ток в одном направлении, что будет блокировать половину переменного напряжения таким же образом, как и диод. Чтобы использовать полное напряжение переменного тока, TRIAC построен из двух тиристоров. Соединив анод одного тиристора с катодом другого на одном конце, а оставшийся катод и анод на другом конце, два устройства могут проводить одно переменное напряжение в обоих направлениях. Два затвора, также взаимосвязанные, позволяют одному управляющему сигналу на затворе управлять сигналом переменного тока, проходящим через TRIAC. Таким образом, TRIAC может обеспечить любую желаемую часть переменного напряжения для устройства, такого как двигатель, и путем изменения напряжения затвора, изменять скорость двигателя.

Что такое симистор, как его проверить

Симистор — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.

Симистор — это разновидность тиристора. Он как и тринистор имеет три вывода, однако p-n-переходов у симистора не три, а целых пять. Характерно для симистора и два устойчивых состояния: «открытое» и «закрытое», при том проводимостью симистора можно управлять в двух направлениях, несмотря на то, что управляющий электрод у него всего один.

По причине такой своей универсальности, именно симистор чаще всего играет роль ключа в цепях переменного тока для управления различного рода устройствами (например двигателем болгарки или стиральной машины).

Взгляните на рисунок. Здесь пять переходов, которые по своему расположению аналогичны двум встречно-параллельно включенным тринисторам. Если приложить к электроду MТ2 плюс, а к MТ1 — минус, то активируется (станет готова к работе) последовательность переходов снизу-вверх n-p-n-p, а при смене полярности в наше распоряжение попадет последовательность переходов сверху-вниз n-p-n-p. И управляющего электрода по прежнему достаточно всего одного.

Итак, для управления состоянием проводимости симистора, установленного в каком-нибудь приборе, на управляющий электрод G симистора подают управляющий импульс, полярность которого указывается относительно вывода MТ1, и зависит она от текущей полярности коммутируемого напряжения, действующего в цепи, то есть от напряжения, приложенного к выводам MT1 и MT2 данного симистора.

Если вывод MT2 находится под положительным напряжением относительно вывода MT1, то переход симистора в проводящее состояние возможен при любой полярности импульса управляющего напряжения, приложенного к выводу G относительно вывода MT1. Если же на выводе MT2 находится минус, а на MT1 – плюс, то к открыванию симистора приведет отрицательная полярность напряжения, приложенного к выводу G.

Чтобы «закрыть» симистор, находящийся в проводящем состоянии, необходимо обесточить коммутируемую симистором цепь (сделать ее ток меньшим, чем ток удержания, характерный для данного симистора).

Из сказанного выше очевидным образом вытекает, что для проверки симистора можно воспользоваться простой универсальной схемой, предназначенной для тестирования, которая содержит два развязанных друг от друга источника питания (например две обмотки трансформатора с выпрямителями и конденсаторами фильтров).

Такую схему каждый сможет собрать себе сам. Два переключателя (SA1 и SA2) служат для изменения полярности в коммутируемой цепи и в цепи питания управляющего электрода. Переключатели (кнопки без фиксации) SB1 и SB2 предназначены соответственно для открывания и для выключения симистора. Лампочка здесь служит индикатором исправности симистора, так как она установлена в цепи, коммутируемой симистором.

Работает схема так. Когда переключатели SA1 и SA2 пребывают в положении как изображено на рисунке, достаточно нажать на кнопку SB1, чтобы исправный симистор открылся и лампа тут же загорелась. Далее нажимают SB2 – лампа гаснет, так как симистор запирается. После этого переключателем SA1 изменяют полярность управляющего импульса.

Нажатие на SB1 приведет к загоранию лампы. Следующим шагом изменяют полярность в коммутируемой цепи, для чего нажимают на SA2. Теперь лампа должна вспыхивать только тогда, когда на управляющий электрод будет подано напряжение отрицательное, относительно минусового электрода симистора.

Есть более простая схема с батарейкой «крона» и со светодиодами. Данная схема позволяет проверять не только симисторы, но и тринисторы. Переключатель S1 позволяет изменять полярность питания, а кнопки ST1 и ST2 дают в распоряжение пользователю импульсы разной полярности.

Исправный тринистор станет проводить лишь в одном направлении, поэтому только светодиод VD4 будет индикатором. А вот симистор сможет открыться в том направлении, в котором подана полярность питания, и в зависимости от нажатия на кнопку ST1 или ST2. Нажатие на ST2 не должно привести к открыванию симистора, если на нижнем его выводе будет плюс.

Ранее ЭлектроВести писали, что в России на Калининской АЭС было отключено от сети три энергоблока из четырех. Представитель концерна «Росэнергоатом» сказал, что остановка была вызвана отключением одного из трансформаторов тока.

По материалам: electrik.info.

Симисторы (триаки) от Philips Semiconductors

Что такое симистор?

Рис. 1. Обозначение симистора

Симистор (или триак — от англ. triac) — полупроводниковый элемент, предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока. Он представляет собой «двунаправленный тиристор» и имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Особенностью симистора является способность проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Структура симистора представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура симистора

В отличие от тиристоров симистор может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. Это свойство позволяет симистору работать во всех четырех секторах, как показано на рис. 3. (плюс и минус обозначают полярность затвора). Для управления режимом работы симистора используется низковольтный сигнал, подаваемый на управляющий электрод симистора. При подаче напряжения на управляющий электрод симистор переходит из закрытого состояния в открытое и пропускает через себя ток.

Рис. 3. Спецификация квадрантов

Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами Т1 и Т2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания). В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах Т1 и Т2.

Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами Т1 и Т2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания.

Все режимы работы симистора отображены на рис. 3.

Когда затвор управляется постоянным током или однополярными импульсами с нулевым значением тока нагрузки, в квадрантах (3+, 3-) предпочтителен отрицательный ток затвора по следующим причинам: во-первых, для внутреннего строения переходов симистора характерно то, что затвор наиболее отдален от области основной проводимости в квадранте 3+. Во-вторых, при более высоком значении I_GT (отпирающий ток управляющего электрода) требуется более высокий пиковый I_G. При более длинной задержке между I_G и током нагрузки требуется большая продолжительность I_G. Кроме того, низкое значение dI_T/dt (максимально допустимое изменение текущего тока после переключения) может вызывать перегорание затвора при управлении нагрузками, создающими высокий

dI /dt (включение холодной лампы накаливания, емкостные нагрузки). Наконец, чем выше I_L — ток срабатывания (это относится и к квадранту 1-), тем большая продолжительность I_G необходима для малых нагрузок, что позволит току нагрузки с начала полупериода достичь значения выше I_L.

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в квадрантах 1+ и 3-, в которых коммутирующие параметры симистора одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

Эти данные получены из графика вольт-амперной характеристики симистора. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. рис. 4).

Рис. 4. ВАХ симистора

Для предотвращения ложных срабатываний симисторов, вызванных шумами и пульсациями, создаваемыми двигателями, цепи, использующие четырехквадрантные (4Q) симисторы, должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка между силовыми электродами симистора, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (dV/dt), а в некоторых случаях необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации (dI_COM/dt). Данные компоненты увеличивают стоимость устройства и его габариты, а также они могут уменьшать надежность устройства.

Преимущества трехквадрантных симисторов (Hi—com)

Отличие 3Q-симистораа от 4Q-симистора заключается в некритичной структуре перекрытия переходов у затвора. И хотя это делает его неспособным к управлению в квадранте 3+, зато устраняет возможное самопроизвольное срабатывание и помогает избежать всех неудобств, относящихся к 4Q-симисторам. Так как большинство устройств работает в квадрантах 1+ и 3- (управление фазой), или 1- и 3-(однополярное управление с помощью интегральных схем или других электронных цепей), то потеря управления в квадранте 3+ — очень малая цена за полученные преимущества.

Hi-com-симисторы имеют ряд преимуществ перед 4-квадрантными. Основной минус применения 4Q-симистора заключается в необходимости предотвращения ложных срабатываний, вызванных шумами и пульсациями, что заставляет использовать демпферную RC-цепочку. Кроме того, к особенностям 3Q-симисторов относятся:

• увеличение допустимого значения dV_COM/dt (критическое значение изменения коммутирующего напряжения). Это позволяет управлять реактивными нагрузками (в большинстве случаев) без необходимости в демпфирующем устройстве, без сбоев в коммутации. Таким образом, можно сократить количество элементов, размер печатной платы, стоимость, а также устранить потери на рассеивание энергии демпфирующим устройством;
• увеличение допустимого значения dI_COM /dt (критическое значение изменения коммутирующего тока) значительно улучшает работу на более высоких частотах и для несинусоидальных напряжений без необходимости в ограничении dI_COM /dt при помощи индуктивности последовательно с нагрузкой;
• увеличение допустимого значения dV_D/dt. Симисторы очень чувствительны при высоких рабочих температурах. Высокое значение dV_D /dtуменьшает тенденцию к самопроизвольному включению из состояния отсутствия проводимости за счет dV/dt при высоких температурах. Это позволяет применять их при высоких температурах для управления резистивными нагрузками в кухонных или нагревательных приборах, где обычные симисторы не могут использоваться. Данные особенности исключают необходимость использования дросселя или демпфера. В связи с этим симисторы 3Q (Hi-com) с успехом могут применяться в мощных электродвигателях, предназначенных для современной бытовой техники.

Производители симисторов

Сейчас изготовлением симисторов (как 4-квадрантных, так и Hi-com) заняты ведущие производители полупроводников. Среди них можно выделить Philips Semiconductors, STMicroelectronics, ON Semiconductors, Crydom. Все производители пытаются покрыть как можно большую номенклатуру симисторов. Ниже вы можете видеть сводную таблицу (таблица 1) аналогов симисторов, номиналами от 1 до 25 А и от 400 до 800 В.

Таблица 1. Производители симисторов

 

Следует особо отметить, что Philips и Crydom уже выпускают симисторы, рассчитанные на 1000 В (BTA208X-1000C и BTA208X-1000B от Philips, несколько слов о них будет сказано ниже, и их аналоги от Crydom — CTA24-1000CW и CTA24-1000BW).

Некоторые производители также стали выпускать симисторы, рассчитанные на 40А: CTB40-400 B, CTB40-600 B и CTB40-800 B от Crydom, а также BTA40-600B, BTA40-800 B, BTA41-600 B, BTA41-600 B, BTB41-600 B и BTB41-800 B от STMicroelectronics. Недавно и Philips анонсировал предстоящий в ближайшее время выпуск 40-В симисторов.

Симисторы от Philips

Компания Philips Semiconductors является ведущим производителем Hi-com-симисторов, столь широко используемых во многих отраслях промышленности. На данный момент линейка Hi-com-симисторов представлена следующими моделями, приведенными в таблице 2.

Таблица 2

Особое внимание обратим на новые Hi-com-симисторы BTA208X-1000 C и BTA208X-1000 B.

Эти симисторы используются для управления мощными электромоторами, где имеется высокое запирающее напряжение, статическое и динамическое dV/dt. Данный симистор переключает направление полного номинального среднеквадратического тока при максимальной номинальной температуре перехода без помощи демпфера.

Особенности BTA208 B-1000 C:

• защита от ложного запуска;
• гарантированное V_drm = 1000 В.

Рассмотрим некоторые графики, демонстрирующие свойства данного симистора:

1. Полное разложение мощности как функции среднеквадратического тока в открытом состоянии (рис. 5).
2. Среднеквадратический ток в открытом состоянии как функция повышающейся основной температуры (рис. 6).

Рис. 6

Применение симисторов

В настоящий момент симисторы применяются во многих областях техники, например в бытовых и электрических приборах и инструментах, электромоторах, диммерах и т. д.

О диммерах хотелось бы поговорить немного подробнее.

В двух словах диммер — это многоканальный симисторный регулятор для управления яркостью ламп накаливания. Диммированием света называется регулировка напряжения источника света (лампы) с целью изменения ее светового потока. Диммирование света имеет широчайшее применение во многих сферах, связанных с использованием профессионального света, например в театрально-сценических постановках и концертных программах, где очень часто требуется возможность оперативного изменения освещенности отдельных участков сцены.

Диммингом пользуются даже мобильные тележурналисты, осветительная аппаратура которых работает от батарей. Для них важно, чтобы во время съемки лампы работали на полную мощность, а все остальное время находились в режиме готовности к работе.

Рассмотрим принцип работы диммера.

Напряжение, используемое в промышленности, является переменным -220 В, 50 Гц, то есть сетевое напряжение имеет вид синусоиды (рис. 7).

Рис. 7

Большинство диммеров бытового и профессионального назначения, изготовленных на базе симисторов, используют импульсно-фазовый метод управления. Открывая сими-стор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно «вырезать» соответствующую часть синусоиды питающего напряжения (рис. 8).

Рис. 8

Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства изменяется пропорционально изменению времени задержки открытия симистора.

Если крутить ручку управления яркости диммера в сторону увеличения, то напряжение будет изменяться так, как показано на рис. 9.

Рис. 9

Другими словами, диммеры не уменьшают амплитуду напряжения, а только изменяют форму синусоиды. Вследствие этого применение диммеров в качестве регуляторов напряжения невозможно, поскольку электронная схема управления компактной люминесцентной лампой содержит компоненты, которые могут в этом случае выйти из строя.

Симистор, выполняющий функцию силового ключа, является основным элементом диммера. Он упрощает конструкцию диммера и значительно сокращает стоимость, например, по сравнению с аналогичным диммером на тиристоре.

Заключение

Подводя итог под рассмотренными свойствами симисторов, можно кратко выделить их основные преимущества:

1. Высокая частота срабатывания позволяет добиться высокой точности управления.
2. Ресурс работы значительно выше, чем у электромеханических компонентов.
3. Позволяют значительно уменьшить размеры силового блока.
4. Низкий уровень шума при коммутации силовых цепей.

Помимо всего, симистор является элементом силовой электроники — одной из наиболее динамично развивающихся областей российской электроники. По различным оценкам, она обеспечивает до 50% всего оборота на отечественном рынке изделий электроники. Как считают многие специалисты, российские разработчики и производители могут составить в этой области реальную конкуренцию иностранным фирмам. Применяется силовая электроника везде: при производстве электроэнергии, ее передаче и потреблении. По предварительным прогнозам, объем рынка силовой электроники в мире уже сейчас составляет около $300 млрд, из них на Россию приходится около $6 млрд. А вскоре, когда будет принята программа энергосбережения, емкость рынка может значительно возрасти.

Соответственно, объемы производства и применения симисторов как элемента силовой электроники постоянно растут. Нагревательные устройства (кухонные плиты, печи и т. д.), компрессоры кондиционеров и холодильников, кухонные комбайны, миксеры, швейные машины, вентиляторы, пылесосы, стиральные машины — вот лишь часть приборов, в которых находят активное применение и продолжают внедряться симисторы. Используя их, вы получаете значительную экономию средств, времени, преимущества в простоте разработки, а следовательно, и дополнительную прибыль.

Скачать статью в формате pdf

Симистор — это… Что такое Симистор?

Обозначение на схемах Эквивалентная схема симистора Фото современных симисторов

Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тринистора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзисторa). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки происходит вблизи моментов времени, когда напряжение на основных электродах симистора меняет полярность (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Симистор был изобретен в г. Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962-1963 г. начальником конструкторского бюро Василенко Валентиной Стефановной. Запатентован в СССР с приоритетом от 22 июня 1963 года, на полгода ранее, чем в США^[1].

Структура

Симистор имеет пятислойную структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы (см. рис.) из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.

Управление

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток.

Ограничения

При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно-допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.

Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.

Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.

Примечания

Ссылки

Литература

• 1. Э.Кадино «Цветомузыкальные установки» -М.: ДМК Пресс, 2000.
• 2. Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).

Симистор — устройство и принцип работы прибора

Все радиолюбители, профессиональные электрики и техники, которые ежедневно имеют дело с электрическими цепями и схемами, так или иначе сталкиваются и активно используют при своей работе полупроводниковые элементы. Все они функционируют благодаря так называемым n-p и p-n-переходам, в которых электроны вступают во взаимодействие с дырками.

В самом элементарном диоде насчитывается два слоя и p-n-переход, у биполярного транзистора их уже три, а перехода оба вида. Так вот, если к биполярному добавить еще один слой, то получится уже другой полупроводниковый прибор, именуемый тиристором.

Что такое симистор

А дальше, если один тиристор подключить с другим параллельно, то выйдет уже некая симметричная фигура двух тиристоров. Вот это и есть симметричный тиристор или другими словами, симистор. В зарубежной литературе и практике больше известен под названием TRIAC.

ТРИАК имеет один управляющий и два дополнительных силовых вывода, они же электроды. На схемах главный именуется «затвором» и обозначен буквой G. Электроды силовые отмечены указателями Т1, Т2. Реже А и А1, А 1 и А2.

Стоит отметить, что тиристор такого типа в зарубежных трудах и технике – довольно редкий гость, в схемах используется нечасто. Скорее всего, из-за того, что он был придуман и получил патент на советских просторах, от чего в Европе и Америке не нашел широкого применения и распространения. 

Принцип работы: как работает симистор

Уникальность такого устройства заключается в том, что анода и катода в привычном понимании относительно использования в электросхемах, тут нет. Хотя в схеме они присутствуют. Просто становятся крайне похожими друг на друга, ведь катод и анод одновременно могут иметь свойства каждого из них. То есть любой электрод данного прибора не имеет конкретного заряда. Так и выходит, что в симисторе электрический ток проходит не в одном, а сразу в двух направлениях! Что делает его незаменимым в схемах, где участвует переменный ток.

Например, в автоматическом регуляторе мощности, которые используются в любом источнике света, кондиционере или электроинструменте, симистор работает в такой схеме. Начав получать напряжение из электросети, в приборе только один силовой электрод срабатывает и получает переменное напряжение. А управляющий вывод с диодного моста получает отрицательное напряжение управления. Если включение станет чрезмерным, то симметрический тиристор сработает на открытие и отправит ток в нагрузку. Как только на входе прибора изменится полярность напряжения, он перестанет работать на открытие. Этот процесс зацикливается и повторяется снова и снова.

Из этого получается, что скорость включения симистора напрямую зависит от величины управляющего напряжения. И если оно уменьшается, то стихают и импульсы на нагрузке. А в целом, напряжение, после прохождения данного ТРИАКа, становятся регулируемыми в части импульсов и исходят в диапазоне, схожим на присущей пиле. На практике такая способность регулировки напряжения управления в симисторе дает возможность влиять и настраивать диапазон температур на острие электропаяльника или же яркость светодиодной ленты. Поэтому, например, целесообразно симметрический тиристор использовать в устройстве по регулировке яркости светодиодных лампочек, лент, модулей и прожекторов, который называется диммером.

Схемы управления симисторами

Большим преимуществом данного устройства является его возможность одновременно управлять как положительным зарядом тока, так и отрицательным. Это дает возможность говорить сразу о четырех его основных режимах работы, то есть управляющее напряжение, относительно каждой своей полярности, может разбиваться на четыре сектора работы.

Так, например, существует отдельная схема на случай, чтобы симистор не открылся случайно, а не, как положено, в момент избыточного включения. В ней между двумя силовыми электродами вводится так называемая RC-цепочка. Номинальное значение сопротивления в ее резисторе под названием R1 варьируется в пределах от пятидесяти и до 470 Ом, а конденсатора с маркировкой С1 – в величинах 0,01- 0,1 мкф. Случается, что данные показатели доводится подбирать экспериментальным путем.

Маркировка симисторов

Различают довольно много маркировок данных симметричных тиристоров, которые зависят от ряда его основных параметров. Например, в широком ассортименте в интернет-магазинах электроники и в целом на рынке подобных комплектующих можно встретить модели типа:

• BT131-600
• BT134-600
• BT137-600E
• BT138-600
• BTA16-600B
• MAC08MTI
• BTB12-800CWRG
• BTA140-600
• BTA41-600BRG
• BTA41-600 и прочие.

Например, модель BTA24-600B – стандартный, не оснащенный снаббером. Этот элемент необходимо устанавливать внешне и отдельно.
Отдельно стоит остановиться на таком понятии как корпус симистора. В современных моделях различают такие основные пластиковые корпусы как:

• D-PAK
• DO-35
• M1
• SOT-223
• TO-126
• TO-220
• TO-247AC
• TO-92
• TOP-3

К числу основных параметров, которые следует использовать для обозначения характеристик устройства относятся показатели максимального обратного напряжения, максимальные значения тока в открытом положении и в импульсном режиме, самого малого значения тока в постоянном режиме, которого достаточно для открытия симистора, как и наименьшего импульсного тока. 

Важно учитывать, какие показатели напряжения в открытом режиме могут определяться при разных значениях тока, например, 160 ампер и 300 ампер. В таком случае, они оба должны быть пропорциональны друг другу, то есть ток при 160 амперах, быть равным 5 вольтам, а при 300 амперах – 2,5 вольтам, т.е. идти на понижение.

У симисторов огромная разница во времени, когда происходит включение и выключение. Так, в среднем оно может у одной и той же модели быть, допустим, 10 микросекунд на включение и 150 микросекунд на выключение. Одним словом, здесь срабатывает принцип, когда напряжение и сила тока экспотенциальны – чем выше второе, тем меньше первое. Принцип работает и в обратном положении данных величин.

В целом TRIAC при вхождении в цепь, может выполнять функции как электровыключателя, так и реле. В таком случае, его достоинства являются существенными:

• Низкая цена;
• Длительный срок эксплуатации в отличие от электромеханических приборов;
• Бесконтактный метод работы, а значит отсутствие дребезжания и искрения.

Однако эти полупроводниковые схемы имеют и свои негативные стороны, которых следует активно избегать:

• Небольшой диапазон рабочих температур, из-за чего возможен перегрев (поэтому они устанавливаются на радиаторах вплотную)
• Невозможность использования при высокочастотном режиме, поскольку по длительному разрыву между временем открытия и закрытия они не успевают правильно отреагировать на высокую частотность
• Чувствителен к электромагнитному излучению, реагирует ложным открыванием, что ограничивает сферу его использования

Как проверить работоспособность симистора

Чтобы правильно осуществить проверку на работоспособность данное устройство, необходимо оснаститься специальным тестером или мультиметром. Последний за счет работы сразу в нескольких режимах сможет определить вольтаж, величину сопротивления и количество ватт, при том как в переменной области исследований, так и в постоянной.

Первый способ проверки эксплуатационных характеристик симметричного тиристора основан на показаниях мультиметра, который переведен в режим омметра. Необходимо попарно подключить выходы мультиметра к контактам ТРИАКа и измерить их в обычном положении. При этом сопротивление должно выдавать свои максимальные показатели, то есть стремиться к бесконечности. В цифровых мультиметрах это визуализируется как увеличение цифрового значения на экране прибора рывкообразно, а на аналоговом – стрелка плавно, но устойчиво будет отклоняться на радиально-линейной шкале вправо до упора. Если это случилось, то необходимо к электроду управления такого тиристора присоединить анод. Анод сработает на открытие радиодетали, а сопротивление устремиться к нулю. В такой случае, скорее всего, симмистор полностью рабочий.

Другой способ подойдет для тех, у кого под рукой не оказалось мультиметра. Тогда понадобится тестер, типа для определения фазы и нуля в цепи, и аккумуляторная пальчиковая батарейка или любой другой элемент, осуществляющий питание электронных устройств. Сначала соединяем контакты тестера и ТРИАКа. Если все хорошо, то световой сигнал лампы контроля на тестере не сработает. Затем с батарейки подаем напряжение между управляющим и силовыми выводами. Полярность тестера и рабочего электрода должны совпасть, а лампа контроля загореться. Если ток удержания в переходе нашего двойного тиристора достаточен, то лампочка не потухнет и после отключения батарейки, только если выключить сам тестер.

Область применения симисторов

Они используются в сфере эксплуатационных элементов на железных дорогах, а именно в релейных шкафах, схемах электрической централизации стрелок и устройств, в области сигнализации и связи, регулируют железнодорожные переезды и световые головки светофоров, используются в радиотехнике, например, в электропаяльниках, вентиляторах, обогревателях.

Даже после выхода из строя, можно, заменив часть устройства, продолжать его использовать еще долгие годы, пока маркировки и совсем не станет видно. В виду надежности применимы в промышленности и транспорта для сигнализации, централизации и блокировки сигналов от устройств.

ПОДХОДЯЩИЕ ТОВАРЫ

Поделиться в соцсетях

Что такое симистор в стиральной машине?

Когда дело касается диагностики управляющего модуля стиралки, часто слышится термин «симистор». Для далеких от электротехники пользователей это слово сродни ругательству и ни о чем не говорит. Вместе с тем данный полупроводник при сбоях и поломках страдает в числе первых: перегорает и требует замены. Симистор в стиральной машине – это ключевой связующий радиоэлемент, позволяющий плате управления передавать сигналы датчикам и узлам системы. Рассмотрим подробнее, как он выглядит и по какому принципу функционирует.

Симистор и его применение

Симистор, также именуемый «триак», представляет собой особую разновидность триодного симметричного тиристора. Это небольшая пластиковая «коробочка» черного цвета с тремя силовыми электродами с одной стороны и с затвором с другой. Преимущество данного радиоэлемента в способности проводить электрический ток на рабочих «электронно-дырочных» переходах в обоих направлениях.

Благодаря отличной токопроводности симисторы активно применяются в системах с переменным напряжением. Используется триак и в платах стиральных машин – в качестве передатчиков токовых импульсов. С их помощью система обменивается информацией, передавая команды от «мозгов» автомата на конкретные узлы и датчики, а после – обратно.

Симисторы – это триодные симметричные тиристоры, способные проводить ток в обоих направлениях.

Принцип работы и устройство симистора идентично любому другому тиристору. При поступлении управляющего тока на механизм p-n переход открывается, а закрывается только со снижением напряжения до заданного рабочего уровня. У радиокомпонента есть недостаток – его силовые электроды не взаимозаменяемые.

Как функционирует деталь?

Симистор отвечает за прием и передачу напряжения по стиральной машине. В отличие от тиристора он проводит электроток в двух направлениях, работая как два встречно-параллельно подключенных тринистора с общим управлением. Из-за симметричности устройство и получило приставку «сими».

Структура полупроводника:

• силовые выводы, обозначаемые «Т1» и «Т2»;
• управляющий электрод, помечаемый как «G».

В итоге, получается пять переходов, организующиеся в две схемы, являющиеся параллельными тринисторами. При образовании отрицательной полярности на Т1, проявляется тринисторный эффект р2-n2-p1-n1, а при ее изменении — р1-n2-p2-n3.

Проверяем деталь на работоспособность

Проверить симистор на исправность можно как с помощью мультиметра, так и без него. Во втором случае потребуется лампочка от фонарика и батарейка типа АА. Достаточно организовать цепь с последовательным включением в нее источника питания, соответствующего напряжению лампы, и рабочих выводов детали. После подаем электрический ток и оцениваем результат – должен загореться свет. Далее, не обесточивая систему, отсоединяем аккумулятор и проверяем p-n переходы на проходимость:

• если симистор исправен, то ток будет удерживаться на определенном уровне, а лампочка продолжит светиться;
• если симистор перегорел, то цепь лишится электропитания, лампа погаснет.

Протестировать симистор можно и без батарейки с лампой. Потребуется мультиметр, включенный в режим «Зуммер». Инструкция следующая:

• прикладываем щупы к контактам;
• смотрим на дисплей прибора (если «1» – симистор исправен).

Проверка зуммером подтвердит, что p-n переход не пробит. В таком случае рабочий ток не запустит систему – сопротивление на контактах будет завышено, импульс не поступит на электроды.

Вторым шагом проверяем открытие перехода. Необходимо соединить управляющий вывод с анодом. В таком случае мультиметр увеличит силу рабочего тока, сопротивление на контактах упадет – симистор заработает. В ответ на табло тестера появятся отличное от единицы число.

На «финише» потребуется разомкнуть управляющий вывод. После отключения сопротивление должно вырасти, а на экране мультиметра вновь появится «1». Значит, симистор исправен.

   

• Поделитесь своим мнением — оставьте комментарий

принцип работы триака, как работает, схема управления, ВАХ симистора.

Для управления мощными нагрузками в цепях переменного тока часто используются электромагнитные реле. Контактные группы этих приборов служат дополнительным источником ненадежности из-за склонности к обгоранию, привариванию. Также недостатком выглядит возможность искрения при коммутации, что в некоторых случаях требует дополнительных мер безопасности. Поэтому предпочтительнее выглядят электронные ключи. Один из вариантов такого ключа выполняется на симисторах.

Что такое симистор и для чего нужен

В силовой электронике в качестве управляемого коммутирующего элемента часто применяются один из видов тиристоров — тринисторы. Их преимущества:

• отсутствие контактной группы;
• отсутствие вращающихся и движущихся механических элементов;
• небольшая масса и габариты;
• длительный ресурс, независящий от количества циклов включения-выключения;
• невысокая стоимость;
• высокое быстродействие и бесшумная работа.

Но при применении тринисторов в цепях переменного тока проблемой становится их односторонняя проводимость. Чтобы тринистор пропускал ток в двух направлениях, приходится идти на ухищрения в виде параллельного включения во встречном направлении двух тринисторов, управляемых одновременно. Логичным выглядит объединение этих двух тринисторов в одной оболочке для удобства монтажа и уменьшения габаритов. И этот шаг был сделан в 1963 году, когда советские ученые и специалисты General Electric почти одновременно подали заявки на регистрацию изобретения симметричного тринистора – симистора (в зарубежной терминологии триака, triac – triode for alternative current).

На самом деле симистор не является в буквальном смысле двумя тринисторами, помещенными в один корпус.

Вся система реализована на одном кристалле с различными зонами p- и n- проводимостей, и эта структура не симметрична (хотя вольт-амперная характеристика триака имеет симметрию относительно начала координат и представляет собой отзеркаленную ВАХ тринистора). И в этом состоит принципиальное отличие симистора от двух тринисторов, каждый из которых должен управляться положительным, по отношению к катоду, током.

У симистора по отношению к направлению пропускаемого тока анода и катода нет, но по отношению к управляющему электроду эти выводы неравнозначны.  В литературе встречаются термины «условный катод» (МТ1, А1) и «условный анод» (МТ2, А2). Ими удобно пользоваться для описания работы триака.

При подаче полуволны любой полярности, прибор сначала заперт (красный участок ВАХ). Также, как и у тринистора, отпирание триака может произойти при превышении порогового уровня напряжения при любой полярности волны синусоиды (синий участок). В электронных ключах это явление (динисторный эффект), скорее, вредное. Его надо избегать при выборе режима работы. Открывание триака происходит подачей тока в управляющий электрод. Чем больше ток, тем раньше откроется ключ (красный штриховой участок). Этот ток создается приложением напряжения между управляющим электродом и условным катодом. Это напряжение должно быть или отрицательным, или совпадать по знаку с напряжением, приложенным между МТ1 и МТ2.

При определенном значении тока, симистор открывается сразу и ведет себя как обычный диод – вплоть до запирания (зеленый штриховой и сплошной участки). Совершенствование технологий ведет к уменьшению потреблённого тока для полного отпирания симистора. У современных модификаций он составляет до 60 мА и ниже. Но увлекаться снижением тока в реальной схеме не следует – это может привести к нестабильному открыванию триака.

Закрывание, как и у обычного тринистора, происходит при снижении тока до определенного предела (почти до нуля). В цепи переменного тока это происходит при очередном прохождении через ноль, после чего потребуется снова подать управляющий импульс. В цепях постоянного тока управляемое запирание симистора требует громоздких технических решений.

Особенности и ограничения

Существуют ограничения применения симистора при коммутации реактивной (индуктивной или ёмкостной) нагрузки. При наличии такого потребителя в цепи переменного тока, фазы напряжения и тока сдвинуты относительно друг друга. Направление сдвига зависит от характера реактивности, а величина – от величины реактивной составляющей. Уже сказано, что триак выключается в момент перехода тока через ноль. А напряжение между MT1 и МТ2 в этот момент может быть достаточно большим. Если скорость изменения напряжения dU/dt при этом превысит пороговую величину, то симистор может не закрыться. Чтобы избежать этого эффекта, параллельно силовому тракту симистора включают варисторы. Их сопротивление зависит от приложенного напряжения, и они ограничивают скорость изменения разности потенциалов. Того же эффекта можно добиться применением RC-цепочки (снаббера).

Опасность от превышения скорости нарастания тока при коммутации нагрузки связана с конечным временем отпирания симистора. В момент, когда триак ещё не закрылся, может оказаться, что к нему приложено большое напряжение и одновременно через силовой тракт протекает достаточно большой сквозной ток. Это может привести к выделению на приборе большой тепловой мощности, и кристалл может перегреться. Для устранения этого дефекта надо по возможности компенсировать реактивность потребителя последовательным включением в цепь реактивности примерно той же величины, но противоположного знака.

Также надо иметь в виду, что в открытом состоянии на симисторе падает около 1-2 В. Но так как область применения – мощные высоковольтные ключи, это свойство на практическое применение триаков не влияет. Потеря 1-2 вольт в 220-вольтовой цепи сравнима с погрешностью измерения напряжения.

Примеры использования

Основная область использования триака – ключ в цепях переменного тока. Принципиальных ограничений для применения симистора в качестве ключа постоянного тока нет, но и смысла в этом нет. В этом случае проще использовать более дешевый и распространенный тринистор.

Как и любой ключ, симистор включается в цепь последовательно с нагрузкой. Включением и выключением триака управляется подача напряжения на потребителя.

Также симистор можно применять в качестве регулятора напряжения на нагрузках, которым не важна форма напряжения (например, лампы накаливания или термоэлектронагреватели). В этом случае схема управления выглядит так.

Здесь на резисторах R1, R2 и конденсаторе С1 организована фазовращающая цепь. Регулировкой сопротивления добиваются сдвига начала импульса относительно перехода сетевого напряжения через ноль. За формирование импульса отвечает динистор с напряжением открывания около 30 вольт. При достижении этого уровня он открывается и пропускает ток на управляющий электрод триака. Очевидно, что этот ток совпадает по направлению с током через силовой тракт симистора. Некоторые производители выпускают полупроводниковые приборы под названием Quadrac. У них в одном корпусе расположены симистор и динистор в цепи управляющего электрода.

Такая схема проста, но ток её потребления имеет резко несинусоидальную форму, при этом в питающей сети создаются помехи. Для их подавления надо использовать фильтры – хотя бы простейшие RC-цепочки.

Достоинства и недостатки

Достоинства симистора совпадают с плюсами тринистора, описанными выше. К ним надо лишь добавить возможность работы в цепях переменного тока и простое управление в таком режиме. Но имеются и минусы. В основном они касаются области применения, которая ограничена реактивной составляющей нагрузки. Предложенные выше меры защиты применить не всегда возможно. Также к недостаткам надо отнести:

• повышенную чувствительность к шумам и помехам в цепи управляющего электрода, которая может вызвать ложные срабатывания;
• необходимость отведения тепла от кристалла — обустройство радиаторов компенсирует небольшие габариты прибора, и для коммутации мощных нагрузок использование контакторов и реле становится предпочтительным;
• лимитирование по рабочей частоте — оно не имеет значения при работе на промышленных частотах 50 или 100 Гц, но ограничивает применение в преобразователях напряжения.

Для грамотного применения симисторов необходимо знать не только принципы работы прибора, но и его недостатки, определяющие границы применения триаков. Только в этом случае разработанный прибор будет работать долго и надежно.

 

Что такое ТРИАК? Определение, конструкция, работа и применение TRIAC

Определение : TRIAC — это, по сути, 3-контактный переключатель переменного тока , который показывает проводимость в обоих направлениях . Они запускаются в проводимость с помощью низкоэнергетического стробирующего сигнала. TRIAC — это сокращение от TRI для A альтернативной C текущей. Это двунаправленное устройство , которое относится к семейству тиристоров и в основном представляет собой диаконтакт с выводом затвора, который используется для управления условиями включения устройства.

Более конкретно, мы можем сказать в TRIAC, Tri обозначает 3 клеммы устройства, а ac обозначает устройство, которое используется для управления переменным током . Симистор мощностью 16 кВт легко доступен. Для управления приложениями они широко используются в области силовой электроники.

Давайте посмотрим на схематический символ TRIAC:

Строительство TRIAC

На схеме ниже показана базовая структура симистора:

Как мы уже обсуждали, это 3-х контактный и 4-х слойный , он состоит из 2-х тиристоров в обратном параллельном соединении, имеющих терминал затвора.Он имеет 6 легированных областей, а омический контакт создается затвором как с N-, так и с P-областями. Благодаря этому любая полярность запускающего импульса может запустить проводимость в устройстве.

Давайте посмотрим на электрический эквивалент базовой структуры симистора.

Поскольку это двунаправленное устройство, анод и катод не имеют никакого значения. Таким образом, терминалы представлены как MT ₁ и MT ₂ вместе с терминалом ворот G .

Работа TRIAC

Симистор — это устройство, которое проводит ток независимо от полярности напряжения на клеммах. В результате существует 4 различных возможности операций.

Давайте теперь обсудим кейсы отдельно:

1. Когда затвор и MT ₂ имеют положительный потенциал по отношению к MT ₁ :

При приложении положительного потенциала на MT ₂ относительно MT ₁ , два соединения P ₁ -N ₁ и P ₂ -N ₂ смещаются вперед.Следовательно, ток протекает через P ₁ -N ₁ -P ₂ -N ₂ . Таким образом, симистор в таком состоянии считается смещенным положительно.

2. Когда MT ₂ имеет положительный потенциал, а затвор имеет отрицательный потенциал по отношению к MT ₁ :

Как и в предыдущем случае, здесь также ток протекает через P ₁ -N ₁ -P ₂ -N ₂ . Но здесь соединение P ₂ -N ₃ становится смещенным вперед, и симистор работает за счет впрыска носителей в P ₂ .

3. Когда затвор и MT ₂ имеют отрицательный потенциал по отношению к MT ₁ :

В таком состоянии теперь ток протекает через P ₂ -N ₁ -P ₁ -N ₄ . Соединение P ₂ -N ₁ и P ₁ -N ₄ смещено в прямом направлении, и в то же время N ₁ -P ₂ заблокировано, поэтому считается, что смещение имеет отрицательное значение. Приложенный отрицательный потенциал затвора смещает в прямом направлении переход P ₂ -N ₃ , таким образом, инициирует проводимость в устройстве.

4. Когда MT ₂ находится под отрицательным потенциалом, но затвор находится под положительным потенциалом по отношению к MT ₁ :

Как и в предыдущем случае, здесь ток протекает через P ₂ -N ₁ -P ₁ -N ₄ . Соединение P ₂ -N ₁ и P ₁ -N ₄ смещено в прямом направлении, что приводит к впрыску носителя, что приводит к включению устройства.

Характеристики TRIAC

Характеристическая кривая симистора в основном поддерживает следующие 4 режима:

Режим 1 : это операция первого квадранта, где V _MT21 и V _G1 оба имеют положительное значение .

Режим 2 : Это операция второго квадранта, где В _MT21 — положительное значение и В _G1 — отрицательное .

Режим 3 : Это операция третьего квадранта, где V _MT21 и V _G1 оба имеют отрицательное значение .

Режим 4 : Это операция четвертого квадранта, где V _MT21 — отрицательное значение и V _G1 — положительное значение .

Здесь V _MT21 представляют напряжение на выводе MT ₂ относительно вывода MT ₁ , а V _G1 представляет напряжение затвора относительно вывода MT ₁ .

Когда устройство начинает проводить, через него проходит очень большой ток. Однако такой большой ток может повредить устройство. Таким образом, для ограничения избыточного тока используется внешнее сопротивление. Здесь управляющий вывод является затвором, и правильно приложенный потенциал затвора регулирует угол включения устройства.

Значения напряжения и тока для типичного симистора приведены ниже:

1. Ток в открытом состоянии: — 25 A
2. Напряжение в открытом состоянии: — 1,5 В
3. Средний ток срабатывания: — 5 мА
4. Ток удержания: — 75 мА

Цепь управления TRIAC

Давайте посмотрим на схему управления симистором, показанную ниже:

Во время положительной половины и отрицательной половины входного цикла мощность переменного тока регулируется для нагрузки путем переключения между включением и выключением.Положительная половина прямого смещения D1 и обратного смещения D2, и затвор положительный по отношению к A ₁ .

Однако во время отрицательного полупериода D ₂ теперь смещается в прямом направлении, а D ₁ смещается в обратном направлении, и затвор является положительным по отношению к выводу A ₂ . Используемый в схеме резистор R ₂ контролирует точку начала проводимости.

Преимущества TRIAC

• Его конструкция проста, так как для защиты требуется один предохранитель.
• Напряжение как положительной, так и отрицательной полярности может срабатывать симистор.

Недостатки TRIAC

• Наличие номинала у симистора ниже, чем у тиристора.
• Они менее надежны.
• Нет симметрии во время срабатывания на обеих половинах сигналов.
• Несимметричное переключение делает его более уязвимым.

Приложения TRIAC

• Используется при управлении переменным током.
• Используется для контроля освещения.
• Симистор находит свое применение в электродвигателях.

Эффективные результаты получаются при управлении мощностью переменного тока с помощью симистора. Поскольку симисторы подключаются непосредственно к источникам переменного тока, необходимо обеспечить надлежащую безопасность при тестировании цепи.

TRIAC Circuits: основы и приложения

Автор: Морин ВанДайк | 13 ноября 2019

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

TRIAC — это полупроводниковые устройства с тремя выводами. Они работают с использованием одного вывода, то есть затвора, для запуска прохождения электрического тока через два других вывода, то есть основные выводы или аноды. Хотя эти устройства похожи на другие электронные переключатели, такие как кремниевые выпрямители (SCR), в отличие от некоторых из этих альтернатив, они могут одинаково хорошо проводить в обоих направлениях.

TRIAC

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

Функции переключателей TRIAC

TRIAC используются разными способами, в том числе как:

Простые электронные переключатели

В этом приложении TRIAC запускается напряжением переменного тока на его затворе.Резистор используется последовательно с затвором, чтобы ограничить ток, протекающий к клемме. TRIAC позволяет току течь в любом направлении, причем поток изменяется в зависимости от полярности напряжения затвора. Напряжение затвора может быть получено из напряжения переменного тока, приложенного к клеммам нагрузки TRIAC. Если приложение требует протекания тока только в одном направлении, к затвору последовательно подключается диод для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этой конфигурации ток, протекающий через TRIAC для данной нагрузки, является фиксированным.

Контроллеры уровня мощности или диммера

Триггер затвора для этого варианта использования более сложный, поскольку он включает изменение его фазы в зависимости от напряжения нагрузки. Напряжение триггера определяется напряжением нагрузки, но с приложенным к нему фазовым сдвигом. Схема фазовращателя состоит из переменного резистора и конденсатора. Напряжение конденсатора используется в качестве напряжения триггера, фаза которого изменяется путем изменения переменного резистора.Часто переключатель DIAC (диод для переменного тока) подключается между конденсатором и затвором TRIAC, чтобы добиться резкого включения TRIAC.

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

• Диммеры для ламп
• Регуляторы мощности для электронагревателей
• Регуляторы скорости для двигателей

Проблемы со схемами TRIAC и решениями

При использовании схем TRIAC важно знать об общих встречающихся проблемах и способах их решения.Некоторые из проблем, связанных с использованием схем TRIAC, включают:

Эффект скорости

Этот эффект относится к непреднамеренному включению TRIAC из-за внезапного изменения напряжения на его основных клеммах. Проблема решается подключением демпферной цепи резистор-конденсатор (RC) между основными выводами.

Эффект люфта

Люфт возникает в цепях управления фазой, когда сопротивление установлено на максимальное значение, чтобы снизить уровни мощности подключенного устройства до минимума.Эффект вызван отсутствием пути разряда для собственной емкости TRIAC на его клеммах нагрузки и препятствует включению подключенного устройства. Решение состоит в том, чтобы обеспечить путь разряда путем подключения последовательно с DIAC резистора большого номинала или конденсатора между затвором и основными выводами.

Несимметричный обжиг

В схемах управления фазой эта проблема возникает из-за того, что симисторы имеют разные напряжения включения для каждого направления. Такая конструкция приводит к плохому профилю электромагнитного излучения для TRIAC.Эта проблема решается путем использования DIAC последовательно с затвором TRIAC, который выравнивает характеристики стрельбы TRIAC.

Фильтрация гармоник

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

Свяжитесь с MagneLink, чтобы узнать о необходимости коммутатора TRIAC

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

Чтобы узнать больше о наших предложениях по переключателям типа TRIAC, посетите страницу с нашими продуктами. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить информацию или расценки на заказное решение переключателя.

---

Симистор — Как работают диммерные переключатели

В последнем разделе мы видели, что диммерный переключатель быстро включает и выключает световую цепь, чтобы уменьшить энергию, поступающую к переключателю света. Центральным элементом в этой схеме переключения является переключатель переменного тока на триоде или симистор .

Симистор — небольшой полупроводниковый прибор, похожий на диод или транзистор. Как и транзистор, симистор состоит из различных слоев полупроводникового материала .Это включает материал N-типа , который имеет много свободных электронов, и материал P-типа , который имеет много «дырок», куда могут уходить свободные электроны. Чтобы узнать об этих материалах, ознакомьтесь с разделом «Как работают полупроводники». И для демонстрации того, как эти материалы работают в простом транзисторе , см. Как работают усилители.

Вот как материал N-типа и P-типа устроен в симисторе.

Вы можете видеть, что симистор имеет две клеммы, которые подключены к двум концам цепи.Между двумя выводами всегда есть разница в напряжении, но она меняется в зависимости от колебаний переменного тока. То есть, когда ток движется в одну сторону, верхний вывод заряжается положительно, а нижний вывод заряжается отрицательно, а когда ток движется в другую сторону, верхний вывод заряжается отрицательно, а нижний вывод заряжается положительно.

Затвор также подключен к цепи посредством переменного резистора . Этот переменный резистор работает так же, как и переменный резистор в старой конструкции диммерного переключателя, но он не тратит почти так много энергии, генерируя тепло.Вы можете увидеть, как переменный резистор вписывается в схему на схеме ниже.

Так что здесь происходит? В двух словах:

• Симистор действует как переключатель, управляемый напряжением.
• Напряжение на затворе управляет действием переключения.
• Переменный резистор регулирует напряжение на затворе.

В следующем разделе мы рассмотрим этот процесс более подробно.

Введение в диммеры TRIAC и TRIAC

TRIAC разработан на основе обычных тиристоров.Он может не только заменить два тиристора, соединенных параллельно с обратной полярностью, но и потребовать только одну цепь триггера, которая является идеальным коммутационным устройством переменного тока …

I Что такое TRIAC?

TRIAC разработан на базе обычных тиристоров. Он может не только заменить два тиристора, соединенных параллельно с обратной полярностью, но и потребовать только одну цепь триггера, которая является идеальным коммутационным устройством переменного тока.

Почему он называется «ТРИАК»?

TRI : Триод (берем первые три буквы)

AC : Полупроводниковый переключатель переменного тока (возьмите первые две буквы)

Два вышеупомянутых существительных объединены в «TRIAC»

TRIAC Explained

Каталог

II Основной Параметры

TRIAC можно рассматривать как объединение пары параллельно соединенных обычных тиристоров, а принцип работы такой же, как у обычных односторонних тиристоров.

TRIAC имеет два основных терминала T1 и T2, и вентиль G . Затвор позволяет устройству инициировать проводимость как в положительном, так и в отрицательном направлениях основного электрода, поэтому симметричный резистор имеет симметричные вольт-амперные характеристики в первом и третьем квадрантах.

Рис. 1. Символ TRIAC

Положительные и отрицательные триггерные импульсы, подаваемые на затвор TRIAC, могут вызвать включение лампы, и существует четыре режима триггера.

В приложении необходимо понять его основные параметры для соответствующего выбора и принять соответствующие меры для удовлетворения требований каждого параметра.

1. Выберите уровень выдерживаемого напряжения : Обычно меньшее значение между VDRM (повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии) и VRRM (повторяющееся пиковое обратное напряжение) отмечается как номинальное напряжение устройства. При выборе номинальное напряжение должно в 2–3 раза превышать нормальное рабочее пиковое напряжение как допустимый предел рабочего перенапряжения.

2. Определите ток : Поскольку TRIAC обычно используется в цепях переменного тока, они не используют средние значения, а используют эффективные значения для представления своих номинальных значений тока. Поскольку перегрузочная способность тиристора меньше, чем у обычных электромагнитных устройств, значение тока тиристора, используемого в обычных бытовых приборах, в 2-3 раза превышает фактическое значение рабочего тока.

В то же время повторяющееся пиковое напряжение в выключенном состоянии VDRM и обратное повторяющееся пиковое напряжение VRRM, которое несет TRIAC, должны быть меньше, чем IDRM и IRRM, указанные устройством.

3. Выбор напряжения в открытом состоянии (пикового) VTM : Это переходное пиковое падение напряжения TRIAC при заданном кратном номинальному току. Чтобы уменьшить тепловые потери TRIAC, следует как можно больше выбирать TRIAC с небольшим VTM.

4. Ток удержания : IH — это минимальный основной ток, необходимый для поддержания тиристора во включенном состоянии, который зависит от температуры перехода. Чем выше температура перехода, тем меньше IH.

5. Скорость нарастания сопротивления: dv / dt относится к крутизне нарастания напряжения в выключенном состоянии, что является ключевым параметром для предотвращения ложного срабатывания. Если это значение превышает лимит, это может привести к неправильному функционированию SCR.

III TRIAC VS. SCR

SCR — это сокращение от кремниевого управляемого выпрямителя. SCR доступны в однонаправленном, двунаправленном, с выключением и светом типах.Он имеет небольшой размер, легкий вес, высокую эффективность, длительный срок службы и удобен для управления, что широко используется в различных случаях автоматического управления и преобразования электроэнергии большой мощности, таких как управляемые выпрямители, регуляторы напряжения, инверторы и другие устройства. контактные переключатели.

Рис. 2. Символ SCR

Как однонаправленный тиристор, так и TRIAC имеют три вывода. Однонаправленные тиристоры имеют катод (K) , анод (A) и затвор (G) .TRIAC эквивалентен двум однонаправленным тиристорам при обратном параллельном включении. То есть один из однонаправленных кремниевых анодов соединен с катодом другого, и его передний конец называется T1, а один из однонаправленных кремниевых катодов соединен с анодом другого, а его передний конец называется T2, а оставшийся конец — ворота (G).

Однонаправленный тиристор — это разновидность управляемого электронного компонента выпрямителя, который может переключаться с выключенного на включенное состояние под действием внешнего управляющего сигнала, но когда он включен, внешний сигнал не может выключить его, если мы не снимем нагрузку или уменьшите напряжение на нем.

Однонаправленный тиристор — это четырехслойный трехконтактный полупроводниковый прибор, состоящий из трех PN-переходов. По сравнению с диодом с одним PN-переходом прямая проводимость однонаправленного тиристора регулируется током управляющего электрода; по сравнению с транзистором с двумя PN переходами, тиристор не усиливает ток управляющего электрода.

TRIAC включается и выключается в двух направлениях . По сути, это два встречно-параллельных однонаправленных тиристора, состоящих из пятислойных полупроводников NNPPN с помощью четырех структур PN с тремя выводами.

Поскольку структура основного электрода симметрична (все выведены из слоя N), его выводы не называются анодом и катодом соответственно, как однонаправленные тиристоры. Вместо этого тот, который находится ближе к управляющему электроду, называется первым контактом T1, а другой — вторым контактом T2.

Основным недостатком TRIAC является плохая способность выдерживать скорость нарастания напряжения. Это связано с тем, что, когда он включен в одном направлении, несущие в каждом слое кремниевого чипа не вернулись в положение выключенного состояния, и должны быть приняты соответствующие меры защиты.

Компоненты

TRIAC в основном используются в цепях управления переменного тока, таких как регулирование температуры, управление освещением, взрывозащищенные переключатели переменного тока, а также схема управления двигателем TRIAC и схема коммутации.

IV Как установить TRIAC

Для TRIAC с небольшой нагрузкой или короткой продолжительностью тока (менее 1 секунды) он может работать в свободном пространстве. Но в большинстве случаев его нужно установить на радиатор. Для уменьшения термического сопротивления тиристор и радиатор следует покрыть теплопроводной силиконовой смазкой.

Существует три основных метода крепления TRIAC к радиатору: обжатие зажимом, болты и заклепки. Инструменты для установки для первых двух методов легко достать. Во многих случаях клепка не рекомендуется.

1. Обжим зажима : это рекомендуемый метод с минимальным термическим сопротивлением. Зажим оказывает давление на пластиковую упаковку устройства. То же самое относится к неизолированным пакетам (sot82 и sot78) и изолированным пакетам (sot186 f-pack и более новые sot186a x-pack).Обратите внимание, что sot78 — это to220ab.

2. Болт : Компонент sot78 с установочными деталями м3, включая прямоугольные прокладки, которые устанавливаются между головкой болта и соединительной деталью. Не прилагайте усилий к пластиковому корпусу устройства.

● В процессе установки отвертка не должна прикладывать силу к пластиковому корпусу устройства;

● Поверхность радиатора, контактирующая с соединительной деталью, должна быть обработана для обеспечения плоскостности, а допустимое отклонение на 10 мм должно быть равно 0.02мм;

● Момент затяжки (с прокладкой) должен составлять от 0,55 до 0,8 нм;

● Избегайте использования саморезов, так как выдавливание может вызвать вздутие вокруг монтажных отверстий и повлиять на тепловой контакт между устройством и радиатором.

При этом способе установки крутящий момент не регулируется. Сначала необходимо механически закрепить устройство, а затем припаять выводы. Это может снизить чрезмерную нагрузку на провода.

V Меры предосторожности при использовании

1. Чтобы включить TRIAC, ток затвора должен быть не меньше IGT, пока ток нагрузки не станет меньше IL. Это условие должно выполняться и учитываться в соответствии с самой низкой температурой, с которой можно столкнуться.

2. Не забудьте отключить переключатель TRIAC.

3. При разработке схемы TRIAC по возможности избегайте квадранта 3+ (WT2-, +).

4. Чтобы уменьшить поглощение помех , длина соединительных проводов затвора должна быть минимизирована, а обратная линия подключается непосредственно к MT1 (или катоду).Если используется жесткий провод, используйте двойной спиральный провод или экранированный провод.

Добавьте сопротивление не более 1 кОм между затвором и MT1. И резистор включен последовательно между высокочастотным шунтирующим конденсатором и затвором. Другое решение — использовать низкочувствительный TRIAC серии H.

5. Если dVD / dt или dVCOM / dt могут вызвать проблемы, добавьте схему RC-буфера между MT1 и MT2. Если высокое значение dICOM / dt может вызвать проблемы, добавьте индуктивность на несколько мГн последовательно с нагрузкой. Другое решение — использовать Hi-Com TRIAC.

6. Если существует вероятность превышения VDRM TRIAC во время серьезного и ненормального переходного процесса питания, принимается одна из следующих мер:

● Подключите ненасыщенный индуктор на несколько мкГн последовательно с нагрузкой для ограничения dIT / dt;

● Подключите MOV к источнику питания и добавьте схему фильтра на стороне источника питания.

7. Выберите хорошую схему триггера затвора, чтобы избежать трехквадрантных рабочих условий, чтобы максимально увеличить долговечность dIT / dt TRIAC.

8. Если dIT / dt TRIAC может быть превышено, лучше всего подключить индуктивность без железа на несколько мкГн или термистор с отрицательным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой. Другое решение: используйте нулевое напряжение для включения резистивной нагрузки.

9. Когда устройство закреплено на радиаторе, избегайте нагрузки на TRIAC. Закрепите, а затем припаяйте выводы. Не кладите оправку для заклепки сбоку на интерфейсный лист устройства.

10. Для надежной работы в течение длительного времени Rthj-a следует поддерживать на достаточно низком уровне, чтобы поддерживать Tj не выше Tjmax, значение которого соответствует максимально возможной температуре окружающей среды.

VI Приложение TRIAC

TRIAC может широко использоваться в промышленности, транспорте, бытовой технике и других областях для регулирования напряжения переменного тока, управления скоростью TRIAC, переключателей переменного тока, включения и выключения автоматического уличного освещения, контроля температуры, затемнения настольных ламп, затемнения сцены и других функций.

Он также используется в твердотельных реле (SSR) и цепях твердотельных контакторов. На рис. 3 представлена ​​схема бесконтактного переключателя, состоящая из симисторов. R — резистор, ограничивающий ток затвора, а JAG — это сухая герконовая трубка.

Рисунок 3. Схема бесконтактного переключателя TRIAC

Обычно JAG отключен, и TRIAC также отключен. Только когда маленький магнит приближается, JAG втягивается, чтобы включить TRIAC и источник питания нагрузки.Поскольку ток, проходящий через язычковую трубку, очень мал, а время составляет всего несколько микросекунд, срок службы переключателя очень велик.

В настоящее время рынок приложений SCR довольно широк. Применение SCR находят в области автоматического управления, электромеханической области, промышленных электрических и бытовых приборах.

Схема полупроводникового реле переменного тока с триггером перехода через ноль (AC-SSR) в основном включает в себя входную цепь, оптопару, схему триггера перехода через ноль, схему переключателя TRIAC, схему защиты (RC-абсорбционная сеть).Когда добавляется входной сигнал VI (обычно высокого уровня) и напряжение источника питания нагрузки переменного тока проходит через ноль, срабатывает TRIAC для включения источника питания нагрузки.

VII Что такое диммер TRIAC?

1.

Принцип диммера TRIAC

В настоящее время основными не энергосберегающими диммерами на рынке являются диммеры TRIAC, которые также являются наиболее широко используемыми диммерами в настоящее время.

Рисунок 4 — принципиальная схема типичной цепи диммера TRIAC.Соедините R и C, чтобы стать RC-цепью. Когда источник питания заряжает C, включение диммера TRIAC может быть отложено до тех пор, пока напряжение C не повысится до напряжения точки срабатывания DIAC (обычно 32 В). Регулировка сопротивления потенциометра может изменить время задержки запуска, тем самым изменяя «время включения» диммера TRIAC, то есть изменяя его «угол включения». Следовательно, можно изменять среднюю мощность, подаваемую на нагрузку.

Рисунок 4. Принципиальная схема цепи диммера TRIAC

2.

Проблемы с регулировкой яркости TRIAC

TRIAC требуется 3 условия для поддержания проводимости: ток срабатывания IG, ток блокировки IL и ток удержания IH:

(1) IG — это условие для включения симметричной проводимости.

(2) IL означает минимальный ток, необходимый для непрерывной проводимости NPNP в процессе усиления NPNP;

(3) После нормальной работы TRIAC, если падение тока слишком мало, TRIAC будет отключен, поэтому ток удержания будет минимальным током, необходимым для поддержания проводимости.

Часто задаваемые вопросы:

Q1: Что делает TRIAC ?

A: TRIAC — электронные компоненты, которые широко используются в приложениях управления питанием переменного тока. Они могут переключать высокие напряжения и высокие уровни тока и по обеим частям сигнала переменного тока. Это делает схемы TRIAC идеальными для использования в различных приложениях, где требуется переключение мощности.

Q2: Что такое TRIAC и его характеристики?

A: TRIAC определяется как трехконтактный переключатель переменного тока, который отличается от других кремниевых управляемых выпрямителей в том смысле, что он может проводить в обоих направлениях, независимо от того, является ли приложенный сигнал затвора положительным или отрицательным, он будет проводить .Таким образом, это устройство можно использовать для систем переменного тока в качестве выключателя.

Q3: Как идентифицировать терминал TRIAC ?

A: Мультиметр можно использовать для проверки работоспособности TRIAC. Сначала переведите селекторный переключатель мультиметра в режим высокого сопротивления (скажем, 100 кОм), затем подключите положительный провод мультиметра к клемме MT1 TRIAC, а отрицательный провод к клемме MT2 TRIAC (нет проблем, если вы перевернете соединение).

Q4: Является ли TRIAC транзистором?

A: TRIAC — это небольшой полупроводниковый прибор, похожий на диод или транзистор.Как и транзистор, TRIAC состоит из различных слоев полупроводникового материала. Это включает материал N-типа, который имеет много свободных электронов, и материал P-типа, который имеет множество «дырок», куда могут уходить свободные электроны.

Q5: Что такое вывод TRIAC ?

A: Выходной модуль TRIAC (TM) представляет собой одиночный нормально разомкнутый контакт только для нагрузок 24 В переменного тока, 0,5 А. Идеально подходит для коммутации нагрузок цепей управления 24 В переменного тока, имеющихся в сборных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, и двухпозиционных или с плавающей точкой 24 В переменного тока. приводы.Продается упаковками по 10.

Q6: Могу ли я использовать TRIAC для переключения постоянного тока?

A: Да, может использоваться в терминале GATE для запуска .. но после срабатывания он будет продолжать включаться бесконечно. Таким образом, он имеет очень ограниченное применение в области постоянного тока. В конечном счете, TRIAC представляет собой электронное устройство с тремя выводами, которое работает как переключатель для сигналов переменного тока.

Q7: Когда TRIAC находится в выключенном состоянии?

A: Когда переключатель S находится в положении 1, TRIAC находится в режиме прямой блокировки и, следовательно, лампа остается в выключенном состоянии.Если переключатель переведен в положение 2, через клемму затвора протекает небольшой ток затвора, и, следовательно, TRIAC включается.

Q8: Как выключить TRIAC ?

A: Вы можете выключить TRIAC путем короткого замыкания основных клемм TRIAC, подключить BJT параллельно к TRIAC MT1 и MT2, просто подать импульс на базу BJT на очень короткое время, чтобы замкнуть TRIAC, затем TRIAC выключите, помните, если ток очень высокий, используйте силовой BJT.

Q9: Как выбрать TRIAC ?

A: Выберите TRIAC для напряжения используемой линии, тока через нагрузку и типа нагрузки. Поскольку пиковое напряжение линии 120 В переменного тока составляет 170 В, вы должны выбрать устройство на 200 В (МИН). Если приложение используется в электрически шумной промышленной среде, следует использовать устройство на 400 В.

Q10: Как симистор управляет скоростью двигателя переменного тока?

A: Симистор управляет потоком переменного тока к нагрузке, переключаясь между состоянием проводимости и состоянием отключения во время положительного и отрицательного полупериодов подачи питания (110/220 В переменного тока, которое поступает из электрической розетки. наших домов).

Рекомендуемые статьи:

Основные сведения об аттенюаторах

Полупроводниковые материалы: типы, свойства и процесс производства

Что такое TRIAC-TRIode для переменного тока?

TRIAC- TRIode для переменного тока

TRIAC используется для управления напряжением переменного тока в таких приложениях, как управление электрическим нагревом, регуляторы освещения, небольшие двигатели и т. Д. TRIAC является двунаправленным устройством.

· Как и SCR, TRIAC фиксируется после запуска и выключается, когда ток ниже удерживающего тока ( I _H ), что происходит в конце каждого изменения.

• ТРИАК принадлежит к семейству тиристоров. Он может проводить в обоих направлениях.

• Таким образом, TRIAC похож на два тиристора, соединенных встречно (встречно параллельно), но только с тремя выводами.

• Три терминала обозначены как MT1 (Главный терминал 1), MT2 (Главный терминал 2), а терминал ворот — G.• Когда напряжение на клемме MT ₁ положительное по отношению к MT ₂ , импульс тока затвора заставит левый тиристор проводить. При изменении анодных напряжений импульс тока затвора заставляет 2-й (правый) тиристор проводить. V-I Характеристики TRIAC • В TRIAC два SCR соединены встречно параллельно. • Следовательно, V-I характеристики TRIAC в квадранте 1 ^st и 3 ^rd будут аналогичны прямым характеристикам тиристоров.• TRIAC проводит в обоих направлениях, следовательно, это двунаправленное устройство, и на его выводах могут быть различные комбинации положительного и отрицательного напряжения.
Существует четыре возможных комбинации электродного потенциала, как указано ниже: —

— МТ2 и терминал затвора положительны по отношению к МТ1.

— MT2 ^{положительный по отношению к MT1, но вывод затвора отрицательный по отношению к MT1.}

— МТ2 и вывод затвора отрицательны по отношению к МТ1.

–MT2 ^{отрицательный по отношению к MT1, но вывод затвора положительный по отношению к MT1.}

VI-характеристики TRIAC

TRIACS

TRIAC, от триода для переменного тока, является общим товарным знаком для электронного компонента с тремя выводами, который проводит ток в любом направлении при срабатывании триггера. Его формальное название — двунаправленный триодный тиристор или двухсторонний триодный тиристор.Тиристор аналогичен реле в том смысле, что небольшое напряжение и ток могут контролировать гораздо большее напряжение и ток. На рисунке справа показан символ схемы для TRIAC, где A1 — анод 1, A2 — анод 2, а G — затвор. Анод 1 и анод 2 обычно называют главным выводом 1 (MT1) и главным выводом 2 (MT2) соответственно.

Условное обозначение TRIAC

TRIAC представляют собой подмножество тиристоров и относятся к кремниевым управляемым выпрямителям (SCR).TRIAC отличаются от SCR тем, что они позволяют току течь в обоих направлениях, тогда как SCR может проводить ток только в одном направлении. Большинство TRIAC можно запустить, подав на затвор либо положительное, либо отрицательное напряжение (для SCR требуется положительное напряжение). После срабатывания тиристоры и тиристоры продолжают проводить, даже если ток затвора прекращается, пока основной ток не упадет ниже определенного уровня, называемого током удержания.

Тиристоры отключения затвора (GTO) похожи на тиристоры, но обеспечивают больший контроль за счет отключения, когда сигнал затвора прекращается.

Двунаправленность симисторов

делает их удобными переключателями переменного тока. Кроме того, применение триггера при контролируемом фазовом угле переменного тока в главной цепи позволяет управлять средним током, протекающим в нагрузке (фазовое управление). Обычно это используется для управления скоростью асинхронных двигателей, диммирования ламп и управления электронагревателями.

Рисунок 1: Режимы срабатывания. Квадранты, 1 (вверху справа), 2 (вверху слева), 3 (внизу слева), 4 (внизу справа)

Рисунок 2: Конструкция полупроводника TRIAC

Эксплуатация

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

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

В квадрантах 1 и 2 MT2 положительный, и ток течет от MT2 к MT1 через уровни P, N, P и N.Область N, прикрепленная к MT2, не участвует существенно. В квадрантах 3 и 4 значение MT2 отрицательное, и ток течет от MT1 к MT2, а также через слои P, N, P и N. Область N, подключенная к MT2, активна, но область N, подключенная к MT1, участвует только в начальном запуске, а не в потоке объемного тока.

В большинстве приложений ток затвора исходит от MT2, поэтому квадранты 1 и 3 являются единственными рабочими режимами (и затвор, и MT2 положительный или отрицательный относительно MT1). Другие приложения с запуском по одной полярности от ИС или цифровой схемы управления работают в квадрантах 2 и 3, чем MT1 обычно подключается к положительному напряжению (например.грамм. + 5В), а ворота опускаются до 0В (земля).

Квадрант 1

Рисунок 3: Работа в квадранте 1

Рисунок 4: Эквивалентная электрическая схема для TRIAC, работающего в квадранте 1

Работа в квадранте 1 происходит, когда вентиль и MT2 положительны по отношению к MT1.

Механизм показан на рисунке 3. Ток затвора включает эквивалентный транзистор NPN, который, в свою очередь, потребляет ток от базы эквивалентного транзистора PNP, включая его.Часть тока затвора (пунктирная линия) теряется через омический путь через p-кремний, протекая непосредственно в MT1, не проходя через базу транзистора NPN. В этом случае инжекция дырок в p-кремний заставляет уложенные n, p и n слои под MT1 вести себя как NPN-транзистор, который включается из-за наличия тока в его базе. Это, в свою очередь, заставляет слои p, n и p на MT2 вести себя как PNP-транзистор, который включается, потому что его база n-типа становится смещенной в прямом направлении относительно его эмиттера (MT2).Таким образом, схема запуска такая же, как у SCR. Эквивалентная схема изображена на рисунке 4.

Однако структура отличается от SCR. В частности, у TRIAC всегда есть небольшой ток, протекающий непосредственно от затвора к MT1 через p-кремний, не проходя через p-n переход между базой и эмиттером эквивалентного NPN-транзистора. Этот ток показан на рисунке 3 пунктирной красной линией и является причиной того, почему TRIAC требует больше тока затвора для включения, чем тиристор с сопоставимым номиналом.

Как правило, этот квадрант является наиболее чувствительным из четырех. Это связано с тем, что это единственный квадрант, в котором ток затвора вводится непосредственно в базу одного из транзисторов основного устройства.

Квадрант 2

Рисунок 5: Работа в квадранте 2

Работа в квадранте 2 происходит, когда вентиль отрицательный, а MT2 положительный по отношению к MT1.

На рисунке 5 показан процесс запуска.Включение устройства трехкратное и начинается, когда ток от МТ1 течет в затвор через p-n переход под затвором. Это включает структуру, состоящую из транзистора NPN и транзистора PNP, затвор которого является катодом (включение этой структуры обозначено цифрой «1» на рисунке). По мере увеличения тока в затворе потенциал левой стороны p-кремния под затвором повышается в сторону MT1, поскольку разность потенциалов между затвором и MT2 имеет тенденцию к уменьшению: это устанавливает ток между левой и правой стороной. сторона p-кремния (обозначена цифрой 2 на рисунке), которая, в свою очередь, включает транзистор NPN под выводом MT1 и, как следствие, также транзистор pnp между MT2 и правой стороной верхнего кремния p-типа.Таким образом, в конечном итоге структура, через которую проходит большая часть тока, аналогична работе в квадранте I («3» на рисунке 5).

Квадрант 3

Рисунок 6: Работа в квадранте 3

Работа в квадранте 3 происходит, когда вентиль и MT2 отрицательны по отношению к MT1.

Весь процесс показан на Рисунке 6. Здесь также есть несколько этапов. На первом этапе pn переход между выводом MT1 и затвором становится смещенным в прямом направлении (этап 1).Поскольку прямое смещение подразумевает инжекцию неосновных носителей в два слоя, соединяющих переход, электроны инжектируются в p-слой под затвором. Некоторые из этих электронов не рекомбинируют и уходят в нижележащую n-область (шаг 2). Это, в свою очередь, снижает потенциал n-области, действующей как база для включаемого pnp-транзистора (включение транзистора без прямого понижения потенциала базы называется дистанционным управлением затвором). Нижний p-слой работает как коллектор этого PNP-транзистора и имеет повышенное напряжение: на самом деле этот p-слой также действует как база NPN-транзистора, состоящего из трех последних слоев над выводом MT2, который в очередь, активируется.Таким образом, красная стрелка, помеченная цифрой «3» на рисунке 6, показывает конечный путь прохождения тока.

Квадрант 4

Рисунок 7: Работа в квадранте 4

Работа в квадранте 4 происходит, когда вентиль положительный, а MT2 отрицательный по отношению к MT1.

Запуск в этом квадранте аналогичен запуску в квадранте III. В этом процессе используется дистанционное управление воротами, что показано на рисунке 7.Когда ток течет из p-слоя под затвором в n-слой под MT1, неосновные носители в виде свободных электронов инжектируются в p-область, и некоторые из них собираются нижележащим np-переходом и переходят в соседний n-область без рекомбинации. Как и в случае запуска в квадранте III, это снижает потенциал n-слоя и включает PNP-транзистор, образованный n-слоем и двумя соседними p-слоями. Нижний p-слой работает как коллектор этого PNP-транзистора и имеет повышенное напряжение: на самом деле этот p-слой также действует как база NPN-транзистора, состоящего из трех последних слоев над выводом MT2, который в очередь, активируется.Таким образом, красная стрелка, помеченная цифрой «3» на рисунке 6, показывает конечный путь прохождения тока.

Как правило, этот квадрант наименее чувствителен из четырех. Кроме того, некоторые модели TRIAC (логический уровень и демпферные типы) не могут срабатывать в этом квадранте, а только в трех других.

Выпуски

Есть некоторые недостатки, которые следует знать при использовании TRIAC в схеме. В этом разделе кратко излагаются некоторые из них.

Пороговый ток затвора, ток фиксации и ток удержания

TRIAC начинает проводить, когда ток, протекающий в его затвор или из него, достаточен для включения соответствующих переходов в квадранте работы. Минимальный ток, который может это сделать, называется пороговым током затвора и обычно обозначается IGT. В типичном TRIAC пороговый ток затвора обычно составляет несколько миллиампер, но следует также учитывать, что:

• IGT зависит от температуры: чем выше температура, тем выше обратные токи в заблокированных соединениях.Это подразумевает наличие большего количества свободных носителей в области затвора, что снижает необходимый ток затвора.
• IGT зависит от квадранта работы, потому что другой квадрант подразумевает другой способ запуска. Как правило, первый квадрант является наиболее чувствительным (т.е. требует наименьшего тока для включения), тогда как четвертый квадрант наименее чувствителен.
• При включении из выключенного состояния IGT зависит от напряжения, приложенного к двум основным клеммам MT1 и MT2.Более высокое напряжение между MT1 и MT2 вызывает большие обратные токи в заблокированных переходах, требуя меньшего тока затвора, как при работе при высоких температурах. Обычно в технических данных IGT указывается для определенного напряжения между MT1 и MT2.

Когда ток затвора прекращается, если ток между двумя основными клеммами больше, чем то, что называется током фиксации, устройство продолжает проводить ток, иначе устройство может выключиться. Ток фиксации — это минимум, который может восполнить недостающий ток затвора, чтобы удерживать внутреннюю структуру устройства в фиксации.Значение этого параметра варьируется в зависимости от:

• импульс тока затвора (амплитуда, форма и ширина)
• температура
• схема управления (резисторы или конденсаторы между затвором и MT1 увеличивают ток фиксации, потому что они отбирают некоторый ток от затвора, прежде чем он сможет помочь полному включению устройства)
• Квадрант эксплуатации

В частности, если ширина импульса тока затвора достаточно велика (обычно несколько десятков микросекунд), TRIAC завершает процесс запуска, когда сигнал затвора прекращается и ток фиксации достигает минимального уровня, называемого током удержания.Ток удержания — это минимально необходимый ток, протекающий между двумя основными клеммами, который сохраняет устройство включенным после того, как оно достигнет коммутации в каждой части его внутренней структуры.

В технических данных ток фиксации обозначен как IL, а ток удержания — как IH. Обычно они составляют несколько миллиампер.

Демпферные цепи

При использовании для управления реактивными (индуктивными или емкостными) нагрузками необходимо следить за тем, чтобы TRIAC правильно отключался в конце каждого полупериода переменного тока в главной цепи.TRIAC могут быть чувствительны к быстрым изменениям напряжения (dv / dt) между MT1 и MT2, поэтому фазовый сдвиг между током и напряжением, вызванный реактивными нагрузками, может привести к скачку напряжения, который может привести к ошибочному включению тиристора. Электродвигатель обычно представляет собой индуктивную нагрузку, а автономные источники питания, используемые в большинстве телевизоров и компьютеров, являются емкостными.

Нежелательных включений можно избежать, используя демпфирующую цепь (обычно типа резистор / конденсатор или резистор / конденсатор / индуктор) между MT1 и MT2.Демпферные цепи также используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети.

Поскольку включения вызваны внутренними емкостными токами, протекающими в затвор как следствие высокого dv / dt (т. Е. Быстрого изменения напряжения), резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и MT1 для обеспечения низкоомного пути к MT1 и дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Однако это увеличивает требуемый ток запуска или увеличивает задержку из-за зарядки конденсатора.С другой стороны, резистор между затвором и MT1 помогает отводить токи утечки из устройства, тем самым улучшая характеристики TRIAC при высокой температуре, где максимально допустимое значение dv / dt ниже. Для этой цели обычно подходят резисторы менее 1 кОм и конденсаторы 100 нФ, хотя точная настройка должна выполняться на конкретной модели устройства.

Для более мощных и требовательных нагрузок можно использовать два тиристора, включенных в обратную параллель, вместо одного тиристора. Поскольку к каждому тиристору будет приложен полный полупериод напряжения обратной полярности, отключение тиристоров гарантировано, независимо от характера нагрузки.Однако из-за отдельных вентилей надлежащий запуск SCR более сложен, чем запуск TRIAC.

Симисторы

могут также не включиться надежно с реактивной нагрузкой, если текущий фазовый сдвиг приводит к тому, что ток основной цепи становится ниже тока удержания во время триггера. Чтобы решить эту проблему, можно использовать постоянный ток или последовательность импульсов, чтобы многократно запускать TRIAC, пока он не включится.

Заявка

Типичное использование в качестве диммера

ТРИАК малой мощности используются во многих приложениях, таких как диммеры, регуляторы скорости для электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в современных компьютеризированных схемах управления многих бытовых малых и крупных бытовых приборов.

При срабатывании симисторов сетевого напряжения микроконтроллерами часто используются оптоизоляторы; например, оптотриаки могут использоваться для управления током затвора. В качестве альтернативы, если безопасность позволяет и электрическая изоляция контроллера не требуется, одна из шин питания микроконтроллера может быть подключена к одному из источников питания. В этих ситуациях нормально подключить нейтральный вывод к положительной шине источника питания микроконтроллера вместе с A1 симистора, а A2 подключен к токоведущему.Затвор TRIAC может быть подключен к микроконтроллеру через резистор, а иногда и транзистор, так что снижение напряжения до логического нуля микроконтроллера протекает через затвор TRIAC, достаточный для его запуска. Это гарантирует, что TRIAC запускается в квадрантах II и III, и избегает квадранта IV, где TRIAC обычно нечувствительны.

Источник: en.wikipedia.org

Применение симистора

Применение симистора

После SCR, симистор является наиболее широко используемым членом семейства тиристоров.Фактически, во многих приложениях управления он заменил SCR благодаря своей двунаправленной проводимости. Регулировка скорости двигателя, контроль температуры, контроль освещения, контроль уровня жидкости, цепи контроля фазы, силовые переключатели и т. Д. — вот некоторые из его основных приложений.

Однако симистор менее универсален, чем тиристор, когда рассматривается отключение. Поскольку симистор может проводить в любом направлении, принудительную коммутацию обратным смещением использовать нельзя. Таким образом, отключение происходит либо из-за истощения, что обычно неосуществимо, либо из-за коммутации линии переменного тока.Существуют два ограничения на использование симистора в настоящее время коммерчески доступных устройств (200 A и 1000 PRV). Во-первых, это способность обработки частоты, обусловленная ограничением dv / dt, при котором симистор остается блокирующим, когда сигнал затвора не применяется. Это значение dv / dt составляет около 20 Вмикрос ^-1 по сравнению с общим значением 200 Вмикрос ^-1 для SCR, так что ограничение частоты находится на уровне мощности 50 Гц. Такое же ограничение dv / dt означает, что управляемая нагрузка предпочтительно является резистивной.Когда задействованы высокие частоты и высокое значение dv / dt, то тиристоры, соединенные спиной к спине, не могут быть заменены симистором.

Применение симистора

1. Переключение ламп высокой мощности.

Использование симистора в качестве переключателя включения / выключения переменного тока показано на рисунке. Когда переключатель S находится в положении 1, симистор отключен, и лампа горит. Когда переключатель установлен в положение 2, небольшой ток затвора, протекающий через затвор, включает симистор, и поэтому лампа включается для обеспечения номинальной мощности.

Приложение симистора

2. Управление мощностью переменного тока.

Схема управления симистором показана на рисунке. Здесь он управляет мощностью переменного тока для нагрузки путем включения и выключения в течение положительного и отрицательного полупериодов входного синусоидального сигнала.