Симистор

 

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

Конфигурации тиристоров

 

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

Символ и конструкция

 

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

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

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

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

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

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

 

Кривые характеристик ВАХ

 

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

Цепь переключения Triac

 

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

Цепь переключения Triac

 

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

Управление фазой Triac

 

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

Пожалуйста, не забывайте о безопасности!