Verfahren und Schaltungen zur Steuerung eines Thyristors oder Triacs

Thyristoren werden häufig in Halbleiterbauelementen und Wandlern verwendet. Verschiedene Stromquellen, Frequenzumrichter, Regler, Erregungsvorrichtungen für Synchronmotoren und viele andere Vorrichtungen wurden auf Thyristoren gebaut und kürzlich durch Transistorkonverter ersetzt. Die Hauptaufgabe des Thyristors besteht darin, die Last zum Zeitpunkt des Anlegens des Steuersignals einzuschalten. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie Thyristoren und Triacs gesteuert werden.

Definition

Der Thyristor (Trinistor) ist ein halbgesteuerter Halbleiterschlüssel. Halbgesteuert - Dies bedeutet, dass Sie den Thyristor nur einschalten können. Er wird nur ausgeschaltet, wenn der Strom im Stromkreis unterbrochen wird oder wenn eine Sperrspannung an ihn angelegt wird.

Er leitet wie eine Diode Strom nur in eine Richtung. Das heißt, für die Aufnahme in die Wechselstromschaltung zur Steuerung von zwei Halbwellen werden zwei Thyristoren für jede benötigt, wenn auch nicht immer. Der Thyristor besteht aus 4 Bereichen des Halbleiters (p-n-p-n).

Ein anderes ähnliches Gerät heißt Triac - bidirektionaler Thyristor. Der Hauptunterschied besteht darin, dass er Strom in beide Richtungen leiten kann. Tatsächlich handelt es sich um zwei parallel zueinander geschaltete Thyristoren.

Hauptmerkmale

Wie jedes andere elektronische Bauteil weisen Thyristoren eine Reihe von Eigenschaften auf:

• Spannungsabfall bei maximalem Anodenstrom (VT oder UОС).

• Vorwärts geschlossene Spannung (VD (RM) oder Ucc).

• Sperrspannung (VR (PM) oder Urev).

• Der Durchlassstrom (IT oder Ipr) ist der maximale Strom im geöffneten Zustand.

• Der maximal zulässige Durchlassstrom (ITSM) ist der maximal offene Spitzenstrom.

• Rückstrom (IR) - Strom bei einer bestimmten Rückspannung.

• Gleichstrom im geschlossenen Zustand bei einer bestimmten Durchlassspannung (ID oder ISc).

• Konstante Triggersteuerspannung (VGT oder UU).

• Steuerstrom (IGT).

• Maximale Stromsteuerelektrode IGM.

• Maximal zulässige Verlustleistung an der Steuerelektrode (PG oder Pу)

Arbeitsprinzip

Wenn an den Thyristor eine Spannung angelegt wird, leitet er keinen Strom. Es gibt zwei Möglichkeiten, es einzuschalten: Legen Sie eine Spannung zwischen Anode und Kathode an, die zum Öffnen ausreicht, damit sich der Betrieb nicht vom Dinistor unterscheidet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Kurzzeitimpuls an die Steuerelektrode anzulegen. Der Thyristoröffnungsstrom liegt im Bereich von 70 bis 160 mA, obwohl in der Praxis dieser Wert sowie die Spannung, die an den Thyristor angelegt werden muss, vom spezifischen Modell und der Instanz des Halbleiterbauelements und sogar von den Bedingungen abhängt, unter denen es arbeitet, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur Mittwoch.

Zusätzlich zum Steuerstrom gibt es einen Parameter wie den Haltestrom - dies ist der minimale Anodenstrom, um den Thyristor im offenen Zustand zu halten.

Nach dem Öffnen des Thyristors kann das Steuersignal ausgeschaltet werden, der Thyristor ist geöffnet, bis ein Gleichstrom durch ihn fließt und Spannung angelegt wird. Das heißt, in einer variablen Schaltung ist der Thyristor während dieser Halbwelle offen, deren Spannung den Thyristor in Vorwärtsrichtung vorspannt. Wenn die Spannung auf Null steigt, nimmt der Strom ab. Wenn der Strom im Stromkreis unter den Haltestrom des Thyristors fällt, wird er geschlossen (ausgeschaltet).

Die Polarität der Steuerspannung muss mit der Polarität der Spannung zwischen Anode und Kathode übereinstimmen, wie Sie in den obigen Oszillogrammen sehen können.

Die Steuerung des Triac ist ähnlich, obwohl es einige Merkmale aufweist. Um einen Triac in einem Wechselstromkreis zu steuern, werden zwei Steuerspannungsimpulse benötigt - für jede Halbwelle einer Sinuskurve.

Nach dem Anlegen eines Steuerimpulses in der ersten Halbwelle (bedingt positiv) einer sinusförmigen Spannung fließt der Strom durch den Triac bis zum Beginn der zweiten Halbwelle, wonach er sich wie ein herkömmlicher Thyristor schließt. Danach müssen Sie einen weiteren Kontrollimpuls anwenden, um den Triac auf der negativen Halbwelle zu öffnen. Dies wird in den folgenden Wellenformen deutlich.

Die Polarität der Steuerspannung muss der Polarität der zwischen Anode und Kathode angelegten Spannung entsprechen. Aus diesem Grund treten Probleme bei der Steuerung von Triacs mit digitalen Logikschaltungen oder an den Ausgängen eines Mikrocontrollers auf. Dies lässt sich jedoch leicht durch die Installation eines Triac-Treibers lösen, über den wir später sprechen werden.

Gemeinsame Thyristor- oder Triac-Steuerschaltungen

Die gebräuchlichste Schaltung ist ein Triac- oder Thyristorregler.

Hier öffnet sich der Thyristor, nachdem auf dem Kondensator eine ausreichende Menge vorhanden ist, um ihn zu öffnen. Das Öffnungsmoment wird mit einem Potentiometer oder einem variablen Widerstand eingestellt. Je größer sein Widerstand ist, desto langsamer lädt sich der Kondensator auf. Der Widerstand R2 begrenzt den Strom durch die Steuerelektrode.

Dieses Schema regelt beide Halbperioden, dh Sie erhalten die volle Leistungsregelung von fast 0% bis fast 100%. Dies wurde durch Einstellen des Reglers erreicht in der DiodenbrückeSomit wird eine der Halbwellen reguliert.

Eine vereinfachte Schaltung ist unten gezeigt, hier wird nur die Hälfte der Periode geregelt, die zweite Halbwelle läuft unverändert durch die Diode VD1. Das Funktionsprinzip ist ähnlich.

Mit dem Triac-Controller ohne Diodenbrücke können Sie zwei Halbwellen steuern.

Nach dem Funktionsprinzip ist es den vorherigen fast ähnlich, aber beide Halbwellen werden bereits mit Hilfe des Triac reguliert. Die Unterschiede bestehen darin, dass hier der Steuerimpuls unter Verwendung eines bidirektionalen DB3-Dinistors geliefert wird, nachdem der Kondensator auf die gewünschte Spannung aufgeladen wurde, üblicherweise 28-36 Volt. Die Ladegeschwindigkeit wird auch durch einen variablen Widerstand oder ein Potentiometer geregelt. Dieses Schema ist in den meisten Fällen implementiert Haushaltsdimmer.

Interessant:

Solche Spannungssteuerschaltungen werden als SIFU - ein Impulsphasensteuerungssystem - bezeichnet.

Die obige Abbildung zeigt anhand eines Beispiels die Möglichkeit, einen Triac mithilfe eines Mikrocontrollers zu steuern beliebte Arduino-Plattform. Der Triac-Treiber besteht aus einem Optosimistor und einer LED. Da ein Optosimistor in der Treiberausgangsschaltung installiert ist, wird immer die Spannung der erforderlichen Polarität an die Steuerelektrode angelegt, aber hier gibt es einige Nuancen.

Tatsache ist, dass zum Einstellen der Spannung mit Hilfe eines Triacs oder Thyristors zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Steuersignal angelegt werden muss, damit der Phasenschnitt auf den gewünschten Wert erfolgt. Wenn Sie zufällig Steuerimpulse abschießen, funktioniert die Schaltung zwar, aber die Einstellungen funktionieren nicht. Sie müssen also bestimmen, wann die Halbwelle durch Null geht.

Da für uns die Polarität der Halbwelle im Moment keine Rolle spielt, reicht es aus, einfach den Moment des Übergangs durch Null zu verfolgen. Ein solcher Knoten in der Schaltung wird als Nulldetektor oder Nulldetektor bezeichnet, und in englischen Quellen wird er als "Nulldurchgangsdetektorschaltung" oder ZCD bezeichnet. Eine Variante einer solchen Schaltung mit einem Nulldurchgangsdetektor an einem Transistoroptokoppler ist wie folgt:

Es gibt viele optische Treiber zur Steuerung von Triacs. Typische sind die von Motorola und anderen hergestellten Modelle MOC304x, MOC305x und MOC306X. Darüber hinaus bieten diese Treiber eine galvanische Trennung, die Ihren Mikrocontroller im Falle eines Ausfalls des Halbleiterschlüssels schützt, was durchaus möglich und wahrscheinlich ist. Es erhöht auch die Sicherheit beim Arbeiten mit Steuerkreisen, indem der Stromkreis vollständig in „Leistung“ und „Betrieb“ unterteilt wird.

Fazit

Wir haben die grundlegenden Informationen über Thyristoren und Triacs sowie deren Management in Schaltkreisen mit einer "Änderung" mitgeteilt.Es ist erwähnenswert, dass wir uns nicht mit dem Thema abschließbarer Thyristoren befasst haben, wenn Sie an diesem Problem interessiert sind - schreiben Sie Kommentare und wir werden sie genauer betrachten. Auch die Nuancen der Verwendung und Steuerung von Thyristoren in leistungsinduktiven Schaltungen wurden nicht berücksichtigt. Um die „Konstante“ zu steuern, ist es besser, Transistoren zu verwenden, da Sie in diesem Fall entscheiden, wann der Schlüssel geöffnet und wann er geschlossen wird, und dabei das Steuersignal befolgen ...