Métodos e circuitos para controlar um tiristor ou triac

Os tiristores são amplamente utilizados em dispositivos e conversores semicondutores. Várias fontes de energia, conversores de frequência, reguladores, dispositivos de excitação para motores síncronos e muitos outros dispositivos foram construídos em tiristores e, recentemente, são substituídos por conversores de transistor. A principal tarefa do tiristor é ativar a carga no momento em que o sinal de controle é aplicado. Neste artigo, veremos como controlar tiristores e triacs.

Definição de

O tiristor (trinistor) é uma chave semi-controlada semicondutora. Semi-controlado - significa que você só pode ligar o tiristor, ele desliga somente quando a corrente no circuito é interrompida ou se uma tensão reversa é aplicada a ele.

Ele, como um diodo, conduz corrente em apenas uma direção. Ou seja, para inclusão no circuito CA para controlar duas meias ondas, são necessários dois tiristores, para cada um, embora nem sempre. O tiristor consiste em 4 áreas do semicondutor (p-n-p-n).

Outro dispositivo semelhante é chamado triac - tiristor bidirecional. Sua principal diferença é que ele pode conduzir corrente em ambas as direções. De fato, representa dois tiristores conectados em paralelo um ao outro.

Principais Funcionalidades

Como qualquer outro componente eletrônico, os tiristores têm várias características:

• Queda de tensão na corrente máxima do ânodo (VT ou UОС).

• Tensão fechada direta (VD (RM) ou Ucc).

• Tensão reversa (VR (PM) ou Urev).

• Corrente direta (IT ou Ipr) é a corrente máxima no estado aberto.

• A corrente direta máxima permitida (ITSM) é a corrente máxima de pico aberto.

• Corrente reversa (IR) - corrente a uma certa tensão reversa.

• Corrente contínua em estado fechado a uma certa tensão direta (ID ou ISc).

• Tensão de controle de disparo constante (VGT ou UU).

• Corrente de controle (IGT).

• Eletrodo de controle de corrente máxima IGM.

• Dissipação de energia máxima permitida no eletrodo de controle (PG ou Pу)

Princípio de funcionamento

Quando a tensão é aplicada ao tiristor, ele não conduz corrente. Existem duas maneiras de ligá-lo - aplique tensão entre o ânodo e o cátodo o suficiente para abrir, então sua operação não será diferente do dinistor.

Outra maneira é aplicar um pulso de curto prazo ao eletrodo de controle. A corrente de abertura do tiristor está na faixa de 70-160 mA, embora, na prática, esse valor, assim como a tensão que precisa ser aplicada ao tiristor, dependa do modelo e instância específicos do dispositivo semicondutor e até das condições em que ele opera, como, por exemplo, a temperatura ambiente Quarta-feira.

Além da corrente de controle, existe um parâmetro como a corrente de retenção - essa é a corrente mínima do ânodo para manter o tiristor no estado aberto.

Após abrir o tiristor, o sinal de controle pode ser desligado, o tiristor ficará aberto até que uma corrente direta flua através dele e a tensão seja aplicada. Ou seja, em um circuito variável, o tiristor será aberto durante a meia onda cuja tensão influencia o tiristor na direção direta. Quando a tensão chega a zero, a corrente diminui. Quando a corrente no circuito cair abaixo da corrente de retenção do tiristor, ela fechará (desligará).

A polaridade da tensão de controle deve coincidir com a polaridade da tensão entre o ânodo e o cátodo, como você pode ver nos oscilogramas acima.

O controle do triac é semelhante, embora tenha algumas características. Para controlar um triac em um circuito CA, são necessários dois pulsos de tensão de controle - para cada meia onda de um sinusóide, respectivamente.

Após aplicar um pulso de controle na primeira meia-onda (condicionalmente positiva) de uma tensão sinusoidal, a corrente através do triac fluirá até o início da segunda meia-onda, após a qual será fechada, como um tiristor convencional. Depois disso, é necessário aplicar outro impulso de controle para abrir o triac na meia-onda negativa. Isso é claramente ilustrado nas seguintes formas de onda.

A polaridade da tensão de controle deve corresponder à polaridade da tensão aplicada entre o ânodo e o cátodo. Por esse motivo, surgem problemas ao controlar tríades usando circuitos lógicos digitais ou a partir das saídas de um microcontrolador. Mas isso é facilmente resolvido com a instalação de um driver triac, sobre o qual falaremos mais adiante.

Circuitos comuns de controle tiristor ou triac

O circuito mais comum é um regulador triac ou tiristor.

Aqui, o tiristor é aberto depois que houver uma quantidade suficiente no capacitor para abri-lo. O momento de abertura é ajustado usando um potenciômetro ou um resistor variável. Quanto maior a sua resistência, mais lento o capacitor é carregado. O resistor R2 limita a corrente através do eletrodo de controle.

Esse esquema regula os dois semestres, ou seja, você obtém controle total da potência de quase 0% a quase 100%. Isso foi alcançado com a configuração do regulador na ponte de diodosAssim, uma das meias-ondas é regulada.

Um circuito simplificado é mostrado abaixo, apenas metade do período é regulado aqui, a segunda meia onda passa sem alteração pelo diodo VD1. O princípio de operação é semelhante.

O controlador Triac sem uma ponte de diodos permite controlar duas meias ondas.

De acordo com o princípio de operação, é quase semelhante aos anteriores, mas as duas meias ondas já são reguladas com a ajuda do triac. As diferenças são que aqui o pulso de controle é fornecido usando o dinistor DB3 bidirecional, depois que o capacitor é carregado na tensão desejada, geralmente de 28 a 36 Volts. A velocidade de carregamento também é regulada por um resistor variável ou potenciômetro. Este esquema é implementado na maioria dimmers domésticos.

Interessante:

Tais circuitos de controle de tensão são chamados SIFU - um sistema de controle de fase de pulso.

A figura acima mostra a opção de controlar um triac usando um microcontrolador, usando um exemplo popular plataforma Arduino. O driver triac consiste em um optosimistor e um LED. Como um optosimistor é instalado no circuito de saída do driver, uma tensão da polaridade necessária é sempre aplicada ao eletrodo de controle, mas existem algumas nuances aqui.

O fato é que, para ajustar a tensão com a ajuda de um triac ou tiristor, é necessário aplicar um sinal de controle em um determinado momento, para que o corte de fase ocorra no valor desejado. Se você disparar pulsos de controle aleatoriamente, o circuito certamente funcionará, mas os ajustes não funcionarão; portanto, é necessário determinar quando a meia onda passa pelo zero.

Como para nós a polaridade da meia onda não importa no momento, basta rastrear o momento da transição pelo zero. Esse nó no circuito é chamado de detector de zero ou detector de zero e, em fontes inglesas, é chamado de "circuito detector de cruzamento de zero" ou ZCD. Uma variante desse circuito com um detector de cruzamento zero em um acoplador óptico de transistor é a seguinte:

Existem muitos drivers ópticos para controlar trícs, os típicos são as linhas MOC304x, MOC305x, MOC306X, fabricadas pela Motorola e outras. Além disso, esses drivers fornecem isolamento galvânico, o que protegerá seu microcontrolador no caso de quebra da chave do semicondutor, o que é bastante possível e provável. Também aumentará a segurança de trabalhar com circuitos de controle, dividindo completamente o circuito em "potência" e "operacional".

Conclusão

Dissemos as informações básicas sobre tiristores e trícscos, bem como sua gestão em circuitos com uma "mudança".Vale ressaltar que não abordamos o tópico dos tiristores com chave, se você estiver interessado nesta questão - escreva comentários e os consideraremos com mais detalhes. Além disso, as nuances do uso e controle de tiristores em circuitos indutivos de potência não foram consideradas. É melhor usar transistores para controlar a "constante", porque nesse caso você decide quando a chave abrirá e quando fechará, obedecendo ao sinal de controle ...