Métodos y circuitos para controlar un tiristor o triac

Los tiristores son ampliamente utilizados en dispositivos semiconductores y convertidores. Varias fuentes de energía, convertidores de frecuencia, reguladores, dispositivos de excitación para motores síncronos y muchos otros dispositivos fueron construidos en tiristores, y recientemente fueron reemplazados por convertidores de transistores. La tarea principal para el tiristor es encender la carga en el momento en que se aplica la señal de control. En este artículo veremos cómo controlar tiristores y triacs.

Definición

Tiristor (trinistor) es una clave semiconductora semi-controlada. Semi-controlado: significa que solo puede encender el tiristor, se apaga solo cuando se interrumpe la corriente en el circuito o si se le aplica un voltaje inverso.

Él, como un diodo, conduce corriente en una sola dirección. Es decir, para la inclusión en el circuito de CA para controlar dos medias ondas, se necesitan dos tiristores, para cada uno, aunque no siempre. El tiristor consta de 4 áreas del semiconductor (p-n-p-n).

Otro dispositivo similar se llama triac - tiristor bidireccional. Su principal diferencia es que puede conducir corriente en ambas direcciones. De hecho, representa dos tiristores conectados en paralelo entre sí.

Características clave

Como cualquier otro componente electrónico, los tiristores tienen una serie de características:

• Caída de voltaje a la corriente máxima del ánodo (VT o UОС).

• Tensión directa hacia adelante (VD (RM) o Ucc).

• Tensión inversa (VR (PM) o Urev).

• La corriente directa (IT o Ipr) es la corriente máxima en estado abierto.

• La corriente directa máxima permitida (ITSM) es la corriente máxima máxima abierta.

• Corriente inversa (IR): corriente a cierto voltaje inverso.

• Corriente continua en un estado cerrado a un cierto voltaje directo (ID o ISc).

• Voltaje de control de disparo constante (VGT o UU).

• Control de corriente (IGT).

• Electrodo de control de corriente máxima IGM.

• Máxima disipación de potencia permitida en el electrodo de control (PG o PY)

Principio de funcionamiento

Cuando se aplica voltaje al tiristor, no conduce corriente. Hay dos formas de encenderlo: aplique voltaje entre el ánodo y el cátodo lo suficiente como para abrirlo, luego su funcionamiento no será diferente del dinistor.

Otra forma es aplicar un pulso a corto plazo al electrodo de control. La corriente de apertura del tiristor está en el rango de 70-160 mA, aunque en la práctica este valor, así como el voltaje que debe aplicarse al tiristor, depende del modelo particular y la instancia del dispositivo semiconductor e incluso de las condiciones en las que opera, como, por ejemplo, la temperatura ambiente. Miércoles

Además de la corriente de control, existe un parámetro como la corriente de retención: esta es la corriente mínima del ánodo para mantener el tiristor en estado abierto.

Después de abrir el tiristor, la señal de control se puede apagar, el tiristor se abrirá hasta que una corriente continua fluya a través de él y se aplique voltaje. Es decir, en un circuito variable, el tiristor estará abierto durante esa media onda, cuyo voltaje sesga el tiristor en la dirección hacia adelante. Cuando el voltaje se precipita a cero, la corriente disminuirá. Cuando la corriente en el circuito cae por debajo de la corriente de retención del tiristor, se cerrará (se apagará).

La polaridad del voltaje de control debe coincidir con la polaridad del voltaje entre el ánodo y el cátodo, como se puede ver en los oscilogramas anteriores.

El control del triac es similar, aunque tiene algunas características. Para controlar un triac en un circuito de CA, se necesitan dos pulsos de voltaje de control, por cada media onda de una sinusoide, respectivamente.

Después de aplicar un pulso de control en la primera media onda (condicionalmente positiva) de un voltaje sinusoidal, la corriente a través del triac fluirá hasta el comienzo de la segunda media onda, después de lo cual se cerrará, como un tiristor convencional. Después de esto, debe aplicar otro impulso de control para abrir el triac en la media onda negativa. Esto se ilustra claramente en las siguientes formas de onda.

La polaridad del voltaje de control debe corresponder a la polaridad del voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo. Debido a esto, surgen problemas al controlar triacs utilizando circuitos lógicos digitales o desde las salidas de un microcontrolador. Pero esto se resuelve fácilmente instalando un controlador triac, del que hablaremos más adelante.

Tiristor común o circuitos de control triac

El circuito más común es un regulador de triac o tiristor.

Aquí, el tiristor se abre después de que haya una cantidad suficiente en el capacitor para abrirlo. El momento de apertura se ajusta con un potenciómetro o una resistencia variable. Cuanto mayor es su resistencia, más lento se carga el condensador. La resistencia R2 limita la corriente a través del electrodo de control.

Este esquema regula ambos periodos medios, es decir, obtienes control de potencia total de casi 0% a casi 100%. Esto se logró configurando el regulador en el puente de diodosPor lo tanto, una de las medias ondas está regulada.

A continuación se muestra un circuito simplificado, solo la mitad del período está regulado aquí, la segunda media onda pasa sin cambios a través del diodo VD1. El principio de funcionamiento es similar.

El controlador Triac sin puente de diodos le permite controlar dos medias ondas.

Según el principio de funcionamiento, es casi similar a los anteriores, pero ambas medias ondas ya están reguladas con la ayuda del triac. Las diferencias son que aquí el pulso de control se suministra usando un dinistor DB3 bidireccional, después de que el capacitor se carga al voltaje deseado, generalmente 28-36 voltios. La velocidad de carga también está regulada por una resistencia variable o potenciómetro. Este esquema se implementa en la mayoría atenuadores domésticos.

Interesante

Dichos circuitos de control de voltaje se llaman SIFU, un sistema de control de fase de pulso.

La figura anterior muestra la opción de controlar un triac usando un microcontrolador, usando un ejemplo popular plataforma Arduino. El controlador triac consiste en un optosimistor y un LED. Dado que se instala un optosimistor en el circuito de salida del controlador, el voltaje de la polaridad requerida siempre se aplica al electrodo de control, pero aquí hay algunos matices.

El hecho es que para ajustar el voltaje con la ayuda de un triac o tiristor, es necesario aplicar una señal de control en un cierto punto en el tiempo, para que el corte de fase ocurra al valor deseado. Si dispara pulsos de control al azar, el circuito ciertamente funcionará, pero los ajustes no funcionarán, por lo que debe determinar cuándo la media onda pasa por cero.

Dado que para nosotros la polaridad de la media onda no importa en este momento, es suficiente simplemente rastrear el momento de transición a través de cero. Tal nodo en el circuito se llama detector de cero o detector de cero, y en las fuentes en inglés se llama "circuito detector de cruce por cero" o ZCD. Una variante de dicho circuito con un detector de cruce por cero en un optoacoplador de transistor es la siguiente:

Hay muchos controladores ópticos para controlar triacs, los típicos son las series MOC304x, MOC305x, MOC306X, fabricadas por Motorola y otras. Además, estos controladores proporcionan aislamiento galvánico, que protegerá su microcontrolador en caso de avería de la llave de semiconductores, lo cual es bastante posible y probable. También aumentará la seguridad de trabajar con circuitos de control al dividir completamente el circuito en "potencia" y "operacional".

Conclusión

Dimos información básica sobre tiristores y triacs, así como su gestión en circuitos con un "cambio".Vale la pena señalar que no abordamos el tema de los tiristores bloqueables, si está interesado en este tema, escriba comentarios y los consideraremos con más detalle. Además, no se consideraron los matices del uso y control de tiristores en circuitos inductivos de potencia. Para controlar la "constante" es mejor usar transistores, porque en este caso usted decide cuándo se abrirá la llave y cuándo se cerrará, obedeciendo la señal de control ...