Закрыть

Симистор фото: Симистор и его применения — основы радиотехники

Содержание

Симистор и его применения - основы радиотехники

Тиристор идеально подходит для регулирования мощности переменного напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным устройством, а это означает, что даже при полной проводимости используется только половина мощности. Можно включить параллельно два тиристора навстречу друг другу, как это показано на рис.1, чтобы обеспечить двух-полупериодный режим работы, однако для этого требуется подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных, но синхронных источников, как это видно из рисунка.

Рис.1 Двухполупериодный регулятор можно построить на двух тиристорах. Для изоляции источников импульсов от напряжения сети используются оптопары.

Самым полезным устройством для практического регулирования мощности переменного напряжения является двунаправленный тиристор или симистор. Как можно видеть на рис2. симистор можно рассматривать как два инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника сигнала. Симисторы являются настолько гибкими устройствами, что их можно переключать в проводящее состояние как положительным, так и отрицательным импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника переменного напряжения. Названия катод и анод теряют смысл для симистора; ближайший к управляющему электроду вывод назвали, не мудрствуя лукаво, основным выводом 1 (МТ1), а другой — основным выводом 2 (МТ2). Запускающий импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в случае тиристора он подается относительно катода.

Рис2. Симистор: (а) структура, (b) условное обозначение.

Обычно для переключения симистора, рассчитанного на ток до 25 А, достаточен пусковой ток 20 мА, и одним из простейших примеров его применения является «твердотельное реле», в котором небольшой пусковой ток используется для управления большим током нагрузки (рис.3). В качестве ключа SW1 могут быть геркон, чувствительное термореле или любая контактная пара, рассчитанная на 50 мА; ток в цепи нагрузки ограничивается только параметрами симистора. Полезно отметить, что резистор R1 в цепи запуска находится под напряжением сети только в моменты включения симистора; как только симистор включается, разность потенциалов на резисторе R1 падает до величины около одного вольта, так что достаточен полуваттный резистор.

Рис.3 Простое «твердотельное реле» на симисторе.

Весьма распространенными применениями симистора являются регулятор яркости для лампы или управление скоростью вращения мотора. На рис.4 показана такая схема. Временное положение запускающих импульсов устанавливается RC-фазовращателем; потенциометром R2 регулируют яркость лампы, тогда как резистор R1 просто ограничивает ток, когда потенциометр установлен в положение с минимальным сопротивлением. Сами импульсы запуска формируются динистором, то есть двунаправленным триггерным диодом. Динистор можно представить себе как маломощный тиристор без управляющего электрода с низким напряжением лавинного пробоя (около 30 В). Когда разность потенциалов на конденсаторе С1 достигает уровня пробоя в динисторе, мгновенный импульс разряда конденсатора включает симистор.

Рис.4 Простейшая схема регулировки яркости лампы на симисторе с фазовым управлением.

Легко сделать автоматический фотоэлектрический выключатель лампы, присоединив параллельно конденсатору С1 фотоэлемент ORP12 (светозависимый резистор). Сопротивление фотоэлемента в темноте велико, порядка 1 МОм, но при дневном свете оно падает до нескольких килоом так, что симистор не может поджечься и лампа выключена. Если в автоматическом выключателе ручная регулировка не требуется, то резистор R2 можно заменить на короткое замыкание.

На рис.5 показано, как симистор управляет мощностью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запаздывания пускового импульса по фазе, которое определяется сопротивлением R1+R2 и емкостью С1. В простейшей схеме управления на рис.4 фазовый сдвиг не может быть больше 90°, так как используется только одна RС-цепочка. Поэтому такая схема является плохим регулятором при малой мощности, поскольку в нем могут происходить неожиданные скачки от выключенного состояния к полной мощности.

Более совершенная схема приведена на рис.6; включение дополнительной RC-цепочки (R3С3) дает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малой мощности. Дальнейшие усовершенствования состоят во введении следующих элементов: (а) демпфера с постоянной времени R4С4 для предотвращения ошибочных переключений от противо-э.д.с. индуктивной нагрузки и (b) радиочастотного фильтра L1C1 для подавления помех. Последний элемент всегда следует вводить в симисторную или тиристорную схему, работающую по принципу «отсекания части колебания», поскольку быстрые включения и выключения могут создавать серьезные радиопомехи в питающей сети.

Рис.5 Форма напряжения на нагрузке в симисторном регуляторе при постепенном увеличении фазового сдвига.

Имеется большое число различных симисторов и тиристоров которые нашли широкое применение в бытовой технике. Как и в случае выпрямительных диодов, для того, чтобы выбрать прибор с нужными номинальными напряжением и током, можно обратиться к каталогам и справочным данным.

Рис.6 Симисторный регулятор мощности с широким диапазоном регулировки и встроенным подавлением помех.

Большинство производителей выпускают подходящие динисторы, но имеются также приборы, называемые quadrac, в которых объединены симистор и динистор.

На рис.7 показаны корпуса и цоколевка распространенных симисторов. Если симистор должен использоваться на полную допустимую мощность, то его необходимо закрепить на теплоотводе.

Подавление радиочастотных помех, создаваемых симисторными или тиристорными регуляторами с фазовым управлением, становится более трудным и дорогим при больших значениях тока нагрузки. В электрических нагревателях и в других нагрузках с большой инерционностью можно уменьшить помехи, пропуская каждый раз целое число полупериодов. Это позволяет избежать скачкообразных изменений тока, которые и вызывают радиочастотные помехи. Такой способ называется прерывистым запуском или управлением с целым числом периодов. Этот способ, как правило, не подходит для управления яркостью лампы из-за мерцания. Для осуществления управления с целым числом периодов подходят такие микросхемы, как SL441, включающиеся при нулевом напряжении. Они определяют пересечение напряжением сети нулевого уровня и обеспечивают запуск симистора от датчика, сопротивление которого меняется, например, от термистора.

 

Рис.7 Корпуса распространенных симисторов: (а) корпус Т066, (b) болтовой крепеж, (с) пластмассовый корпус Т0220.

 

Динисторы тринисторы и симисторы

В электронике тиристорами называют изготовленные на основе монокристаллов полупроводниковые приборы, которые имеют четырехслойную p-n-p-n структуру. В них наличествует три последовательных p-n перехода, которые характеризуются двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым в обратном направлении и открытым в прямом.

Полупроводниковые тиристоры

 

 

Диодным тиристором (или динистором) называют такую разновидность этого полупроводникового прибора, который имеет выводы только от крайних слоев. Такой прибор, у которого еще есть дополнительный вывод от одного из средних слоев, называется

тринистором (или триодным тиристором).

Двухэлектродные тиристоры ( динисторы )

Динистором (или диодным тиристором) в электронике принято именовать неуправляемый тиристор, у которого наличествует только два выхода. Один из них называется анодом (это крайняя p-область), а второй – катодом (это крайняя n-область).

Двухэлектродный тиристор ( динистор )

 

В тех случаях, когда на анод динистора от источника напряжения подается «минус», а на катод, соответственно, «плюс», то через него протекает совсем небольшой обратный ток. Это происходит потому, что при таком подключении крайние p-n-переходы оказываются включенными не в прямом, а в обратном направлении.

Если полярность подключения внешнего источника изменяется на обратную, то в прямом направлении включаются переходы 1

и 3, а переход 2, расположенный между ними – в направлении обратном. Что касается такого показателя, как сопротивление между катодом динистора и его анодом, то оно при этом также достаточно велико. Это приводит к тому, что через прибор протекает ток I зкр, имеющий небольшое значение. Его измеряют при напряжении U пр.зкр.макс, то есть максимально допустимым тогда, когда тиристор находится в закрытом положении.

В тех случаях, когда происходит дальнейшее увеличение прямого напряжения, обратное напряжение, имеющееся на среднем p-n переходе, падает. Как следствие, растет проходящий через динистор прямой ток. Когда прямое напряжение достигает некоторого значения, называющегося напряжением включения (U вкл), происходит открытие среднего перехода. Вследствие этого сопротивление между катодом и анодом падает достаточно серьезно и составляет всего несколько десятых долей Ом. В таких случаях говорят, что динистор находится в открытом состоянии, и при этом падение напряжения на нем составляет только около

1-2 В. Следует заметить, что оно очень незначительно зависит от величины того тока, который протекает через этот полупроводниковый прибор. Чаще всего в справочниках указывается только то значение напряжения открытого динистора U откр, которое возникает тогда, когда через него протекает максимально допустимый постоянный ток I откр. макс..

Для того чтобы привести динистор в открытое состояние требуется такое напряжение его включения, которое составляет несколько сотен вольт. До тех пор, пока через этот прибор протекает ток, величина которого не меньше, чем ток удержания I уд., он находится в открытом состоянии. Чтобы перевести его в состояние закрытое, надо или произвести полное отключение, или хотя бы уменьшить напряжение внешнего источника до величины 1 В.

Трехэлектродные тиристоры ( тринисторы )

От динистра

тринистор с точки зрения своей конструкции отличается только тем, что у него есть еще один, третий вывод, который выведен от одной из средних областей. Он является управляющим, и именно благодаря его наличию прибор можно открывать даже тогда, когда значение напряжения меньше, чем U вкл. и даже U пр.зкр.макс.. Чтобы это сделать, нужно всего лишь пропустить открывающий ток I у.от. через управляющий электрод. Чем большее значение этого тока, тем меньше величина напряжения U вкл., при котором тринистор отпирается.

Трехэлектродный тиристор ( тринистор )

Если в качестве нагрузки в анодную цепь тринистора включено активное сопротивление (лампа накаливания, резистор, паяльник и т.п.), то следующий от анода к катоду основной ток растет очень быстро, практически мгновенно. Для того чтобы открыть тринистор, достаточно подать на управляющий электрод очень короткий импульс (несколько микросекунд). Стоит отметить, что положительный импульс подаётся если управляющий электрод присоединен к

р-базе, а отрицательный импульс если соединение планируется с n-базой.

Чтобы перевести тринистор в закрытое состояние из состояния открытого, то нужно всего лишь значение основного тока сделать меньше, чем I уд.. Чаще всего в цепях, где протекает постоянный ток, это делается краткосрочным пропусканием через прибор обратного тока (его значение должно быть больше, чем значение тока основного). Чтобы это сделать, применяют специализированное коммутационное устройство.

Те тринисторы, которые функционируют в цепях переменного тока, автоматически запираются тогда, когда полуволна основного тока завершается. Именно этим объясняется то обстоятельство, что тринисторы весьма широко используются для того, чтобы управлять электродвигателями переменного тока, в импульсных схемах, инверторах, выпрямителях, различных устройствах автоматики и т.п.

Что касается значений напряжения и тока цепи управления, то они совсем невелики, а вот значение основного тока порой достигает сотен ампер, а основного напряжения – нескольких тысяч вольт. По этой причине у тринисторов такой показатель, как коэффициент усиления по мощности, может достигать 104105.

Симметричные тиристоры ( симисторы )

И динисторы, и тринисторы отличаются тем, что способны пропускать основной рабочий ток только в одном направлении. Если по каким-либо причинам это естественно ограничение необходимо обойти, то применяется два тиристора, которые включаются по встречно-параллельной схеме. Есть, однако, и более простое решение, заключающееся в том, что используются полупроводниковые ключи вида p-n-p-n-p, то есть двусторонние.

Симметричный тиристор ( симистор )

 

 

Их в электронике принято именовать симисторами, симметричными тиристорами или триаками. Полупроводниковая структура этих приборов – пятислойная, на обратной и прямой ветвях вольтамперной характеристики они обладают отрицательным сопротивлением. Для того чтобы открыть симистор, надо на управляющий электрод подать соответствующий сигнал, а чтобы закрыть – изменить полярность подключения или между силовыми электродами снять разность потенциалов.

Котлы отопления Элвин образца 2015 года

С апреля 2015 года ООО ПКФ "Элвин" выпускает котлы отопления без силовых электромеханических реле. 
В чем разница между реле твердотельным и механическим, попробуем разобраться.

    NT-90 силовое электромеханическое реле, с контактной группой, электромагнитом и т.д. Прерывание цепи происходит механически. Ниже фото распиленного NT-90 (без корпуса). 
В следствии чего меньшее (относительно твердотельного) кол-во срабатываний, а возникающая искра при работе контактной группы разрушает плоскость контакта, а потом нагрев и выход из строя или другая крайность - залипание контактов. Все перечисленное - это особенность Электромеханических реле (Пускатели, Контакторы и т.д.), иногда такое случается и чуть не забыл об обрыве цепи катушки. 

    Твердотельное реле - система прерывания контакта построенная на базе симистора (ссылка на описание Wikipedia). Полупроводник лишен недостатков вызванных механическим началом обычного контактного реле, тем более когда речь идет о силовой коммутации. Полностью бесшумен, огромная скорость срабатывания, подача нагрузки при переходе через "0" (котлы Элвин с Электронным управлением ЭВП -ЭУ "Умные котлы"). Но подобное чудо техники изрядно греется и требует отвода тепла, отсюда необходимость в радиаторах, а иногда и в принудительном охлаждении. 
На фото ниже - симистор и Умный котел Элвин ЭВП-3ЭУ. 

Обратите внимание на радиаторы в нижней части котла. 

Если у Вас возникнет желание переделать свой котел, то придется заменить всю электрочасть за исключением контроллера и ТЭН, вероятнее всего это будет не очень удобно. 

    В котлах без электронного контроллера (ЭВП) мы используем электромеханическое реле типа (РЭК хххх), но исключительно для слаботоковой коммутации в схеме управления силовыми твердотельными реле (симистором). Такой тип реле хорошо работает при малых токах. 
На фото котел отопления Элвин с капиллярным термостатом ЭВП - 6 - видно установленное реле типа РЭК и твердотельные реле (симистор) с радиаторами. 

 

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 BTA41-800B или точечная сварка

На mySKU. me уже были обзоры, посвященные созданию аппаратов для точечной сварки. Предмет очень дорогой при покупке в готовом виде, но часто очень нужный в хозяйстве для тех, кто любит что то поделать руками. Напомню, что этот аппарат позволяет легко приваривать контактные пластины к аккумуляторам, сваривать тонкие листы металла, варить стальную проволоку и тд. Под катом моя версия реализации данного агрегата. Читателей ожидают размышления, схемы, платы, программирование, конструирование (все элементы колхозинга) с множеством фото и видео…

Так как в обзоре будут использоваться многие детальки, то я по ходу обзора приведу на них ссылки, возможно сейчас есть эти же детали дешевле у других продавцов.

Предмет обзора приехал в жесткой пластиковой упаковке, в которой лежало 10 экземпляров симистора BTA41-800B.

Данный элемент нам требуется для включения и выключения в нужные моменты сварочного аппарата.
Максимальное обратное напряжение 800 В
Максимальное значение тока в открытом состоянии 40 А
Рабочая температура от -40 до 125 °C
Корпус TOP-3

Симистop (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. Следует отметить, что симистop изобретён и запатентован был в СССР (в г. Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962-1963 г. ).
Блок схема этого элемента:

A1 и A2 — силовые электроды
G — управляющий электрод
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.

Подробно характеристики BTA41-800B можно посмотреть в datasheet.

Для управления симистором обычно используются специальные симисторные оптроны (triac driver). Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.
.

В большинстве случаев предпочтительным является использование оптосимисторов с детекцией нуля, по целому ряду причин. Иногда (при резистивной нагрузке детекция нуля не важна. А иногда нужно включать нагрузку например на максимуме синусоиды сетевого напряжения, тогда приходится сооружать свою схему детеции и, конечно, использовать оптосимистор без детекции нуля.

Перейдем к нашему устройству. Так уж сложились звезды, что мне потребовалось заменить банки в паре аккумуляторов шуруповертов и в руки попала неисправная микроволновка… И в то же время, в голове давненько витала мысль о необходимости соорудить себе точечную сварку. И я решился на этот шаг.

Разобрал микроволновку (исходная мощность 1200 Вт), вынул все детали. Забегая вперед скажу, что нам потребуется часть проводов с клеммами, трансформатор и вентилятор. Остальное можно использовать в других устройствах (в комментариях можно поделиться своими соображениями на этот счет). Мои трансформатор с вентилятором и провода, выглядели так:

Необходимо сохранив первичную обмотку удалить вторичную, которая сделана более тонким проводом. Удалять можно разными способами, мне показалось более приемлемым спиливание дремелем выступающей части обмотки с последующим выбиванием остатков. Чтобы не повредить первичную обмотку, рекомендую вставить фанерку подходящей толщины между обмотками.

Далее необходимо намотать толстый провод вместо извлеченной вторичной обмотки. Я использовал вот такой многожильный провод сечением 70 мм2:

Старое его название ПВ3-70. Больших усилий намотка провода не требовала, получилось так:

Я купил 2 метра провода, думаю, можно было обойтись и одним метром.
Зачищаем концы:

Готовим паяльное оборудование (флюс лти-120, катушка 2мм припоя и газовая горелка надетая на баллон газа):

Наконечник лучше использовать из луженной меди под провод 70 мм (ТМЛ 70-12-13):

Обильно смачиваем флюсом внутренние поверхности наконечников и провода. Вставляем провод в наконечник подгибая непослушные проводки (не быстрая процедура), и греем горелкой подавая сбоку припой. Результат примерно такой:

Все ужасы закроем термоусадкой:

На мой провод отлично уселась вот такая:

На этой стадии уже можно подключить трансформатор к розетке проводом от микроволновки (он уже имеет клеммы для подключения) и даже попробовать сделать первую сварку, коммутируя нажатием на концы толстого провода, единственное, я рекомендую прикрутить какие-то медные детали, так как наконечники портить не желательно. Варить получится разве что какие-то толстые детали — так как возможности коммутации весьма ограничены.

Перейдем к электрической части. Я уже говорил что коммутацию первичной обмотки решил делать симистором, осталось решить вопрос каким оптосимистором им управлять. Я решил делать схему распознавания нуля, поэтому выбрал вариант без детекции нуля, взяв MOC3021. Datasheet на эту микросхему. Типовое включение следующее:

Вентилятор от микроволновки я решил использовать для охлаждения трансформатора и платы. Так как он тоже на 220 В, то для его включения я решил использовать релюшку OMRON G3MB-202P, она компактная и хорошо справляется с маломощной нагрузкой.

Для управления логикой я решил использовать контроллер atmega328p в корпусе QFP32.

Блок питания нужен на 5 Вольт, я применил такой. Он рассчитан на 600 мА, чего вполне достаточно.

Основной фокус в данном деле это синхронизация с сетью 220 В. Нужно научиться включать нагрузку в момент когда сетевое напряжение имеет определенное значение. В итоге я пришел к такой схеме:

Особенности: VD1 — нужно выбирать быстрый диод (я взял MUR) — он нужен для шунтирования оптрона и избегания появления на нем обратного напряжения более 5 В, VD2 — подойдет любой выпрямительный (подойдет 1N4007 — он существенно снизит тепловую нагрузку на R2, убрав лишнюю полуволну), R2- следует взять мощностью 1-2 Вт (у меня под рукой не было и я поставил 2 резистора параллельно по 90 КОм на 1/4 Вт, температура оказалась приемлемой). А6 — это аналоговый вход контроллера, который использовал я для этих целей. R1 подтягивает вход контроллера к земле. В остальном схема довольно простая.

Нарисовал плату в программе Sprint Layout:

Изготавливаем плату ЛУТ-ом. После травления в хлорном железе:

После смывки тонера:

После лужения:

Вопреки привычной тактике, я сначала спаял силовую часть, чтобы ее отладить независимо от контроллера, на симистор решил приклеить радиатор, выпиленный из алюминиевого профиля:

Получилось так:

Убедился что все хорошо:

Схема слежения за нулем выдает вот такое:

Припаял остальные элементы:


Прошиваем загрузчик (благо я специально вывел пины SPI), и начинаем писать тестировать, исправлять, перепаивать…

Для отладки интенсивно использовался осциллограф, я использую на даче такой, дома конечно удобнее стационарный:

Теперь можно припаять провода для подключения нагрузки (трансформатора и вентилятора), я использовал провода с клеммами от той же микроволновки, в этот момент промелькнула мысль не перепутать бы их при сборке…

Для проверки подключил лампу накаливания вместо трансформатора, на этом этапе сварка выглядит так:

Сдвиг в 3 мс — дает вот такие управляющие импульсы:

А вот так выглядит то, что идет в нагрузку (масштаб сетевого напряжения специально взят иной):

И вот так при другой длительности:

Для визуализации я использовал светодиод трехцветный (использовал только 2: синий и зеленый), с общим катодом. Когда сварочник включен в сеть, горит зеленый свет, когда идет сварка синий. Также используется звуковая сигнализация с помощью вот такой пищалки, при нажатии кнопки сварки проигрывается одна мелодия, после другая.
Для визуализации процесса настройки, я использовал OLED дисплейчик с диагональю 1.3". Он компактный и хорошо виден из-за своей яркости — по моему оптимальное решение.

Стартовый экран выглядит так:

Рабочий режим так:

Как видно, можно задать три параметра: длительность сварочного импульса, количество импульсов и сдвиг относительно распознанного начала положительной полуволны.

Все параметры настраиваются энкодером KY-040. Я решил сделать такую логику: переключение режимов настройки осуществляется кратковременным нажатием энкодера, изменение текущего параметра в заданном диапазоне вращением энкодера, а чтобы сохранить текущие параметры нужно использовать длительное нажатие энкодера, тогда при загрузке будут именно они использоваться (значения по умолчанию).

Видео тестовой сварки с экранчиком и применением энкодера, в качестве нагрузки вместо трансформатора все та же лампочка 75 Вт:

Первый опыт сварки на жести от консервной банки, еще без корпуса:

Результатом я остался доволен.

Но нужен корпус. Корпус решил изготовить из дерева. Один мебельный щит из Леруа у меня был, второй купил. Прикинул расположение и напилил, навырезал (получилось не особо аккуратно, но меня как корпус для аппарата точечной сварки вполне устраивает:

Все управление решил сделать в передней части корпуса для удобства настройки в процессе работы:

Сзади предусмотрел отверстия для забора воздуха:

В качестве кнопки включения и предохранителя установил автомат на 10А.

Корпус покрасил черной краской:

Для защиты установил решетки на заднюю панель:

Немного про кнопку включения. Ее решил делать отдельно, причем, мне хотелось иметь два варианта кнопки: стационарный — для длительной работы и мобильный — для быстрой сварки. Соответственно требовался разъем, в качестве которого выступил стандартный разъем для питания (припаял к нему проводки и изолировал термоусадкой):

Стационарный вариант кнопки решил соорудить в виде педали:

К ней шел коротенький проводок, видимо предполагается ее присоединение к длинному. Разбираем:

Припаиваем ПВС 2х0.5:

В исходном кабеле шло три провода:

Нам черный не нужен.
Собираем все обратно. И припаиваем на другой конец провода штекер:

Мобильную версию изготовил совсем просто:

Экранчик и разъем для кнопки крепим в корпус:

Туда же крепим нашу плату:

Внутри довольно плотно:

Помните я писал о мысли про неперепутывание нагрузок… так вот я перепутал. OMRON G3MB-202P — отправился к праотцам, начав находится включенным независимо от управляющего сигнала… Во он:

Пришлось снимать стенку, потом плату и перепаивать релюху. Процесс сопровождался небольшим количеством нецензурных выражений. Причем плату до этого я уже покрыл защитным лаком в 2 слоя… Но не будем о грустном. Все получилось, прибор заработал.

Как известно, вращение вентилятора, особенно такого не маленького как в нашем случае, сопровождается вибрацией и нагрузкой на крепление, резьбовое соединение постепенно ослабевает и процесс усугубляется. Чтобы этого не происходило, я в своих поделках стараюсь пользоваться отечественным фиксатором резьбы Автомастергель от «Регион Спецтехно». Обзор этого замечательного геля я даже делал тут:

Данный фиксатор является анаэробным, то есть полимеризуется именно там где нужно — в плотной скрутке резьбы.

На дно корпуса прикрутил гламурные ножки:

Тестовая сварка, принесла немало положительных эмоций:

В качестве электродов нужно использовать медные пластины, у меня их не было, сплющил трубку от кондиционера — вполне нормально.
Варилось вот это:

Итоговый вид агрегата:

Вид сзади:

Гвозди сваривает вполне нормально:

Немного измерений. Параметры дачной электросети:

Потребление холостого хода:

При включенном вентиляторе:

Из-за инерционности прибора и сварки короткими импульсами скорее всего прибор не может определить максимальную мощность, вот столько он показал:

Токовые клещи у меня не умеют показывать пик, то что удалось зафиксировать кнопкой:

В реальности я видел цифру в 400 А.
Напряжение на контактах:

Теперь полезное применение. У одного человека (привет ему 🙂 ) Шуруповерт перезимовал на даче и весной или даже осенью был затоплен паводком. Жалобы были на очень короткое время работы акумов 1-2 шурупа и все… Вот такая картина вскрытия:

Акумы чувствовали себя явно не в порядке, позже это подтвердилось тестами:

На замену были заказаны новые банки. И после окончания работ со сварочником, самое время было их заменить:


Оторвать руками полоски у меня не вышло. Платка была отмыта провода тоже заменены::

Аккумулятор начал новую жизнь:

Видео сварки аккумуляторов:


Результат всегда стабилен, оптимальное время 34 мс, количество импульсов 1, сдвиг 3 мс.

Спасибо всем, кто дочитал этот огромный обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. всем крепких соединений и добра!

П.С. Продолжение в этом обзоре

Готовое устройство тут.

отзывы, фото и характеристики на Aredi.ru

Мы доставляем посылки в г. Калининград и отправляем по всей России

  • 1

    Товар доставляется от продавца до нашего склада в Польше. Трекинг-номер не предоставляется.

  • 2

    После того как товар пришел к нам на склад, мы организовываем доставку в г. Калининград.

  • 3

    Заказ отправляется курьерской службой EMS или Почтой России. Уведомление с трек-номером вы получите по смс и на электронный адрес.

!

Ориентировочную стоимость доставки по России менеджер выставит после оформления заказа.

Гарантии и возврат

Гарантии
Мы работаем по договору оферты, который является юридической гарантией того, что мы выполним свои обязательства.

Возврат товара
Если товар не подошел вам, или не соответсвует описанию, вы можете вернуть его, оплатив стоимость обратной пересылки.

  • У вас остаются все квитанции об оплате, которые являются подтверждением заключения сделки.
  • Мы выкупаем товар только с проверенных сайтов и у проверенных продавцов, которые полностью отвечают за доставку товара.
  • Мы даем реальные трекинг-номера пересылки товара по России и предоставляем все необходимые документы по запросу.
  • 5 лет успешной работы и тысячи довольных клиентов.

Что такое симистор и как он работает, m2lz47 схема включения

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене – р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

  • А – закрытое состояние.
  • В – открытое состояние.
  • UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
  • URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
  • IRRM (IОБ) – допустимый уровень тока обратного включения.
  • IН (IУД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

  • Резистор R1 – 51 Ом.
  • Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
  • Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
  • Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
  • Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

  • Выполняем пункты 1-4.
  • Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Введение

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут использоваться для управления лампами, двигателями 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 к катоду .

Для цепей переключения постоянного тока эта «однонаправленная» характеристика переключения может быть приемлемой, поскольку после запуска вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку. Но в синусоидальных цепях переключения переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно проводит только в течение одной половины цикла (например, полуволнового выпрямителя), когда анод является положительным, независимо от того, что делает сигнал затвора. Затем для работы от переменного тока тиристором подается нагрузка только на половину мощности.

Чтобы получить двухволновое управление мощностью, мы могли бы подключить один тиристор внутри двухполупериодного мостового выпрямителя, который срабатывает на каждой положительной полуволне, или соединить два тиристора вместе в обратной параллели (спина к спине), как показано ниже. но это увеличивает как сложность, так и количество компонентов, используемых в схеме переключения.

Тиристорные конфигурации

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Триодный выключатель переменного тока» или «Триак» для краткости. Триаки также являются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут использоваться в качестве полупроводниковых переключателей питания, но что более важно, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительными, так и отрицательными напряжениями, приложенными к его аноду, и положительными и отрицательными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что делает его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Симистор ведет себя так же, как два обычных тиристоров, соединенных вместе в обратной параллельно (спина к спине) по отношению друг к другу и из — за этой конструкции два тиристоры имеют общий терминал Gate все в пределах одного трехтерминальной пакета.

Поскольку триак проводит в обоих направлениях синусоидальной формы волны, концепция анодной клеммы и катодной клеммы, используемая для идентификации главных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT 1 для главной клеммы 1 и MT 2 для главной клеммы 2.

В большинстве устройств переключения переменного тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT 1, аналогично взаимосвязи затвор-катод тиристора или взаимосвязи база-эмиттер транзистора. Конструкция, легирование PN и условные обозначения, используемые для обозначения триака, приведены ниже.

Схема переключения симистора

Приведенная выше схема показывает простую схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.

Поскольку батарея подает положительный ток затвора на триак всякий раз, когда переключатель SW1 замкнут, триак постоянно находится в режимах g + и ΙΙΙ + независимо от полярности клеммы MT 2 .

Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора состоит в том, что нам потребовался бы дополнительный положительный или отрицательный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость. Но мы также можем активировать триак, используя фактическое напряжение питания переменного тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Схема показывает триак, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, триак отключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы.

Поскольку источник питания является синусоидальным переменным током, триак автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но повторно фиксируется снова, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Этот тип управления переключением обычно называется двухполупериодным управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальной волны.

Поскольку симистор фактически представляет собой две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора протекает в каждом полупериоде так же, как и раньше, и лампа получает полную мощность, когда триак работает в режимах Ι + и ΙΙΙ–.

Однако на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод предотвратит срабатывание затвора, когда MT 2 будет отрицательным, так как диод имеет обратное смещение. Таким образом, симистор работает только в положительных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа загорается при половине мощности. Затем, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой распространенный тип схемы симистической коммутации использует управление фазой для изменения величины напряжения и, следовательно, мощности, подаваемой на нагрузку, в данном случае на двигатель, как для положительной, так и для отрицательной половин входного сигнала. Этот тип управления скоростью двигателя переменного тока обеспечивает полностью переменное и линейное управление, поскольку напряжение можно регулировать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Эта базовая схема запуска фазы использует триак последовательно с двигателем через синусоидальный источник переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, в свою очередь, управляет величиной напряжения, подаваемого на двигатель, путем его включения в разное время в течение цикла переменного тока.

Вызывание напряжение симистора является производным от VR1 — C1 комбинации через Диак (Диак является двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить резкий триггер импульс тока, чтобы полностью включение 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 диака в проводимость, что, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак берет на себя управление оставшейся частью полупериода.

Как мы видели выше, триак автоматически отключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 снова запускается в следующем полупериоде.

Однако, поскольку для триака требуются разные величины тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ–, поэтому триак является асимметричным, 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 управления скоростью двигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электронагревателем, и на самом деле очень похожа на регулятор симистора, используемый во многих домах. Однако коммерческий симисторный диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как, как правило, симисторные диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания.

Мы можем закончить эту про симистор, суммировав его основные пункты следующим образом:

  • «Триак» — это еще одно 4-слойное 3-контактное тиристорное устройство, аналогичное SCR.
  • Симистор может быть запущен в любом направлении.
  • Есть четыре возможных режима запуска для симистора, из которых 2 являются предпочтительными.

Управление электрическим переменным током с использованием симисторачрезвычайно эффективно при правильном использовании для управления нагрузками резистивного типа, такими как лампы накаливания, нагреватели или небольшие универсальные двигатели, обычно используемые в переносных электроинструментах и ​​небольших приборах.

Но помните, что эти устройства можно использовать и подключать непосредственно к источнику переменного тока, поэтому проверка цепи должна выполняться, когда устройство управления питанием отключено от источника питания. Пожалуйста, помните о безопасности!

Симистор

Обозначение на схемахЭквивалентная схема симистораВольт-амперная характеристика (ВАХ) симистораФото современных симисторов

Симистор (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 тиристора. 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 транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

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.

Устойчивость симистора к разрушению при превышении допустимой скорости нарастания тока (dI/dt) зависит от внутреннего сопротивления и индуктивности источника питания и нагрузки. При работе на емкостную нагрузку необходимо внести в цепь соответствующую индуктивность.

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).

> Ссылки

  • Симисторы: от простого к сложному
  • сайт «паяльник»
  • сайт завода «Электровыпрямитель».
  • 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).

Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор

Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод · Туннельный диод · Диод Ганна
Транзистор · Биполярный транзистор · Полевой транзистор · КМОП-транзистор · Однопереходный транзистор · Фототранзистор · Составной транзистор · Баллистический транзистор
Интегральная схема · Цифровая интегральная схема · Аналоговая интегральная схема
Тиристор · Симистор · Динистор · Мемристор

Бареттер

Электронная лампа · Электровакуумный диод · Триод · Тетрод · Пентод · Гексод · Гептод · Пентагрид · Октод · Нонод · Механотрон · Клистрон · Магнетрон · Амплитрон · Платинотрон · Электронно-лучевая трубка · Лампа бегущей волны

Электронно-лучевая трубка · ЖК-дисплей · Светодиод · Газоразрядный индикатор · Вакуумно-люминесцентный индикатор · Флажковый индикатор · Семисегментный индикатор

Микрофон · Громкоговоритель · Тензорезистор

Термистор · Термопара · Элемент Пельтье

Симистор. Описание, принцип работы, свойства и характеристики.

Справочные данные популярных отечественные симисторов и зарубежных
триаков. Простейшие схемы симисторных регуляторов мощности.

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.
Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора, но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.
Рис.1
На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема, выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило, обозначается латинской G либо русской У.
Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно!!!
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).
Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).
Рис.2
Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.
Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа), ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.
1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).

Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.
2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике вообще не будет, и напряжение открывания симистора составит незначительную величину, исчисляемую единицами вольт.
Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.
Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.
В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.
Рис.3
Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.
А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.
А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.
Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.

Пассивные твердотельные Активные твердотельные Пассивные вакуумные Активные вакуумные и газоразрядные Устройства отображения Акустические устройства и датчики Термоэлектрические устройства

Сравнение оптопары Photo Triac и Photo SCR


Рис. 1

Льюиса Лофлина

Широкое введение в оптопары и практические схемы. Обзор типов и применений оптопары с упором на твердотельные реле и управление мощностью.

На рис. 1 показано очень простое твердотельное реле переменного тока. MOC10XX и MOC20XX могут управлять нагрузкой 25 Вт. Это вполне соответствует нынешним рейтингам многих светодиодных лампочек.

В случае с моим видео на YouTube я использовал 8-ваттную светодиодную лампу, которая включалась / выключалась с помощью микроконтроллера Arduino.

Следующее взято из паспорта производителя:

Детектор 300 мВт при пике 1A
MOC3010M / 1M / 2M 250V пик
MOC3020M / 1M / 2M / 3M 400V пик

Единственное отличие, кроме пикового напряжения, - это ток через светодиодные фотоэмиттеры. Я буду использовать некоторые из них в схемах переключения питания. Это устройства со «случайной фазой».

Могут использоваться в цепях регулятора освещенности ламп.

Процитировать технический паспорт:

Серии MOC301XM и MOC302XM являются оптически изолированными драйверами симистора.Эти устройства содержат GaAs инфракрасный излучающий диод и кремниевый двусторонний переключатель, который работает как симистор. Они предназначены для взаимодействия между электронные средства управления и силовые симисторы для управления резистивными и индуктивными нагрузками на 115 В переменного тока.

Рис. 2

На Рис. 2 представлена ​​внутренняя схема оптопары с выходом симистора MOC30XX и MOC40XX с внутренней схемой перехода через нуль. Я не буду использовать их из-за невозможности фазовой модуляции устройства.

Примечания в техническом паспорте:

Устройства MOC303XM и MOC304XM состоят из AlGaAs инфракрасный излучающий диод, оптически связанный с монолитным кремнием детектор, выполняющий функцию драйвера двустороннего симистора с переходом через нулевое напряжение.

Они предназначены для использования с симистором в интерфейсе логики. систем к оборудованию, питающемуся от линий 115 В переменного тока, например телетайпы, ЭЛТ, твердотельные реле, промышленные устройства управления, принтеры, двигатели, соленоиды и бытовая техника и т. д.

Они могут управлять маломощными устройствами переменного тока.

Детектор 150 мВт 1A пиковый ток
MOC3031M / 2M / 3M 250V пик
MOC3041M / 2M / 3M 400V пик

В техническом паспорте неточно указаны текущие значения выходной цепи. Рассеивание составляет половину от серии MOC10XX.

Их нельзя использовать в схемах регулятора освещенности, поскольку точка включения фиксируется схемой перехода через нуль. Это хорошо для простого включения симисторов большей мощности или двойных выходов SCR.


Рис. 3

Серия h21C состоит из арсенид-галлиевого диода, излучающего инфракрасное излучение, оптически соединенного со светоактивированным кремнием, управляемым выпрямитель в двухрядном 6-выводном корпусе. Они имеют номинальное напряжение 200 и 400 вольт.

В техническом описании это называется «симметричный транзисторный ответвитель».

Драйвер логической индикаторной лампы, 25 Вт
Детектор, 400 мВт, среднеквадратичный ток в открытом состоянии, 300 мА
Симметричный транзисторный ответвитель 200 В (h21C1, h21C2, h21C3)
Симметричный транзисторный ответвитель 400 В (h21C4, h21C5, h21C6)


Фиг.4

Драйвер фотоэлектрического полевого МОП-транзистора VOM1271 показан на рис. 4. Он состоит из серии фотодиодов, вырабатывающих около 8 В для управления устройствами на основе полевого МОП-транзистора. Цитирую,

VOM1271 - это автономный МОП-транзистор с оптической изоляцией. Водитель. В отличие от обычных драйверов MOSFET, которые требуют внешний источник питания для обеспечения рельсов VCC и / или VDD для сам драйвер, VOM1271 получает все необходимые ток для управления его внутренней схемой от тока светодиода низковольтная первичная сторона изолирующего барьера.

Это экономит место и затраты, связанные с обеспечение одного или нескольких внешних источников питания. В VOM1271 также имеет внутреннюю схему выключения сам компонент, тем самым избавляясь от необходимости дополнительные компоненты для увеличения общего скорость переключения за счет уменьшения времени выключения.


Рис. 5

Рис. 5 Драйвер фотоэлектрического МОП-транзистора VOM1271 с МОП-транзистором.

Ссылка:
h21CX Photo SCR Optocouplers
MOC10XX and MOC20XX Triac Output Optocouplers
MOC30XX and MOC40XX Zero-Cross Optocouplers

Оптическая развязка управления двигателем H-моста YouTube
Оптическая развязка управления двигателем с Н-мостом

Теория оптопары и схемы YouTube
Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров

All NPN Transistor H-Bridge Motor Control YouTube
Управление двигателем с Н-мостом на всех NPN транзисторах

Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции YouTube
Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции

PIC12F683 Микроконтроллер и схемы YouTube
PIC12F683 Микроконтроллер и схемы

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > / Родительский 3 0 R / Тип / Страница / Содержание 4 0 R / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.) EJ9w_¯KPHQ36OLmRX4 LvB * h9 U! |; Uye / XDGf0 & F'DTK] g ~ \ ͞ ~ fGб | * 'FKӠ%? 9 = 4 "44 / (. ~ 6> \ a @ ȳvυʇh ډ r1eȓI" т # do? h3 * @ = fC & D ڦ n ~ ԍs q% wz ܣ e | eǪ_G'n4 ߑ OG '; 6E ֯ i + SmonFtL'ΊdP ՘} cmKUdL @ 5vbWUwn ۅ

ФОТО TRIAC-LAUTRAIT: Фотографии, фотографии Triac-Lautrait 16200

Городок на старых фотографиях Triac-Lautrait

Эти фотографии, сделанные недалеко от города Триак-Лотрейт, можно просмотреть в полноэкранном режиме, щелкнув по миниатюрам. Фотографии являются собственностью их владельцев.
Abbaye de Bassac 2
Снимок сделан 09 марта 2007 г.
Фотограф:
Фотография города Триак-Лотреет
Шаранта: Бывшая карьера - Дом-лодка
Снимок сделан 9 апреля 2009 г.
Снято:
Фотография города Триак-Лотреет
Chateau de Triac, Коньяк, Франция
Дата: 20 января 2011 г.
Автор:
Фотография города Triac-Lautrait
Bassac pont de Vinade 2011 sylviebernard-art-bouteville.artblog.fr
Фотография сделана 02 апреля 2011 г.
Фотограф:
Фотография города Триак-Лотраит
Bassac le porche du pont de vinade photo faite par sylviebernard-art-bouteville.artblog.fr
Снимок сделан 17 июня 2010 г.
Снято:
Фотография города Триак-Лотре
SAINTONGE photo faite par sylviebernard-art-bouteville
Дата: 3 апреля 2010 г.
Автор:
Фото города Триак-Лотраит
Perspective sur la Charente à Saintonge
Фотография сделана 1 декабря 2008 г.
Фотограф:
Фотография города Triac-Lautrait
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 30 августа 2012 г.
Снято:
Фотография города Triac-Lautrait
Gabare de Saint-Simon sylviebernard-art-bouteville
Дата: 31 августа 2012 г.
Автор:
Фотография города Триак-Лотреет
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 31 августа 2012 г.
Фотограф:
Фотография города Триак-Лотре
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 31 августа 2012 г.
Снято:
Фотография города Triac-Lautrait
Дом в Шаранте
Дата: 07 Июля 2010
Автор:
Фотография города Триак-Лотреет
ABBAYE DE BASSAC 7/11/2010 photo faite par sylviebernard-art-bouteville.artblog.fr
Фотография сделана 07 ноября 2010 г.
Фотограф:
Фотография города Триак-Лотраит
Коньяк Pierre Croizet
Снимок сделан 3 ноября 2011 г.
Снято:
Фото города Триак-Лотре
Abbaye de Bassac, Charente
Дата: 09 сентября 2011 г.
Автор:
Фотография города Triac-Lautrait
Abbaye de Bassac 3
Снимок сделан 09 марта 2007 г.
Фотограф:
Фотография города Триак-Лотраит
Abbaye de Bassac
Снимок сделан 09 марта 2007 г.
Снято:
Фотография города Триак-Лотреет
Abbaye de Bassac
Дата: 1 декабря 2008 г.
Автор:
Фотография города Триак-Лотреет
Abbaye Saint-Étienne de Bassac, Charente, Пуату-Шаранта, Франция
Снимок сделан 26 февраля 2011 г.
Фотограф:
Фотография города Triac-Lautrait
Abbaye Saint-Étienne de Bassac, Charente, Poitou-Charentes, Франция
Снимок сделан 26 февраля 2011 г.
Снято:
Фотография города Triac-Lautrait
Abbaye Saint-Étienne de Bassac, Charente, Poitou-Charentes, Франция
Дата: 26 февраля 2011 г.
Автор:
Фотография города Triac-Lautrait
Bassac
Фотография сделана 21 января 2011 г.
Фотограф:
Фото города Триак-Лотре
SAINTONGE photo faite par sylviebernard-art-bouteville.artblog.fr
Снимок сделан 17 июня 2010 г.
Сделано:
Снимок города Триак-Лотреет
TRIAC-LAUTRAIT photo faite par sylviebernard-art-bouteville.artblog.fr
Дата: 17 июня 2010 г.
Автор:
Фотография города Triac-Lautrait
Bassac
Фотография сделана 21 января 2011 г.
Фотограф:
Фотография городка Triac-Lautrait
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 31 августа 2012 г.
Снято:
Фотография города Triac-Lautrait
Gabare de Saint-Simon sylviebernard-art-bouteville
Дата: 31 августа 2012 г.
Автор:
Фотография города Triac-Lautrait
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 31 августа 2012 г.
Фотограф:
Фотография города Triac-Lautrait
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Фотография сделана 31 августа 2012 г.
Снято:
Фотография города Triac-Lautrait
Габар-де-Сен-Симон sylviebernard-art-bouteville
Дата: 31 августа 2012 г.
Автор:
Фото города Триак-Лотре
Планетные лыжи
Снимок сделан 26 ноября 2009 г.
Фотограф:
Снимок города Триак-Лотреет
Планетные лыжи утром
Снимок сделан 26 ноября 2009 г.
Снято:
Фотография города Триак-Лотреет
moulin de saintonge
Дата: 18 мая 2011 г.
Автор:
Фотография городка Triac-Lautrait
Charente - Bassac - Auberge de Condé
Фотография сделана 20 октября 2013 г.
Фотограф:
Фотография города Triac-Lautrait

Как работает оптрон | ОРЕЛ

Необходимо защитить чувствительные низковольтные компоненты и изолировать цепи на вашей печатной плате? Оптопара может сделать эту работу.Да будет свет! Это устройство позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями, состоящими из двух частей: светодиода, излучающего инфракрасный свет, и светочувствительного устройства, которое обнаруживает свет от светодиода. Обе эти части содержатся в традиционном черном ящике с парой контактов для подключения. С первого взгляда легко перепутать оптопару с интегральной схемой (ИС).

Эта симисторная оптопара выглядит как ИС. (Источник изображения)

Как это работает

Сначала на оптопару подается ток

А, который заставляет инфракрасный светодиод излучать свет, пропорциональный току.Когда свет попадает на светочувствительное устройство, он включается и начинает проводить ток, как любой обычный транзистор.

Как работает оптрон. (Источник изображения)

Светочувствительное устройство по умолчанию обычно не подсоединяется, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к инфракрасному свету. Его также можно подключить к земле с помощью внешнего резистора для большей степени контроля чувствительности переключения.

Оптопара эффективно изолирует выходную и входную цепи.(Источник изображения)

Это устройство в основном работает как переключатель, соединяющий две изолированные цепи на вашей печатной плате. Когда ток перестает течь через светодиод, светочувствительное устройство также перестает проводить и отключается. Все это переключение происходит через пустоту из стекла, пластика или воздуха без каких-либо электрических частей между светодиодом или светочувствительным устройством. Все дело в свете.

Преимущества и типы

Если вы разрабатываете электронное устройство, которое будет восприимчиво к скачкам напряжения, ударам молнии, скачкам напряжения питания и т. Д.тогда вам понадобится способ защиты низковольтных устройств. При правильном использовании оптопара может эффективно:

  • Устранение электрических помех из сигналов
  • Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей
  • Позволяет использовать небольшие цифровые сигналы для управления более высокими напряжениями переменного тока

Оптопары бывают четырех конфигураций. Каждая конфигурация использует один и тот же инфракрасный светодиод с другим светочувствительным устройством. К ним относятся:

Photo-Transistor и Photo-Darlington , которые обычно используются в цепях постоянного тока, и Photo-SCR и Photo-TRIAC , которые используются для управления цепями переменного тока.

Четыре типа оптопар. (Источник изображения)

Если вы любите приключения, вы даже можете сделать самодельную оптопару с некоторыми запасными частями. Просто совместите светодиод и фототранзистор внутри светоотражающей пластиковой трубки.

Самодельная оптопара, состоящая всего из трех простых частей. (Источник изображения)

Типичные приложения

Оптопары

могут использоваться либо сами по себе в качестве переключающего устройства, либо использоваться с другими электронными устройствами для обеспечения изоляции между цепями низкого и высокого напряжения.Обычно эти устройства используются для:

  • Микропроцессорное переключение входов / выходов
  • Регулятор мощности постоянного и переменного тока
  • Защита коммуникационного оборудования
  • Регламент электропитания

В этих приложениях вы встретите различные конфигурации. Некоторые примеры включают:

Оптранзисторный переключатель постоянного тока

Эта конфигурация обнаруживает сигналы постоянного тока, а также позволяет управлять оборудованием с питанием от переменного тока. MOC3020 идеально подходит для управления подключением к сети или подачи импульса затвора на другой фото-симистор с токоограничивающим резистором.

(Источник изображения)

Симисторный оптопара

Эта конфигурация позволит вам управлять нагрузками с питанием от переменного тока, такими как двигатели и лампы. Он также способен проводить обе половины цикла переменного тока с обнаружением перехода через ноль. Это позволяет нагрузке получать полную мощность без значительных скачков тока при переключении индуктивных нагрузок.

(Источник изображения)

Рекомендации по компоновке печатной платы

Перед добавлением оптопары в компоновку печатной платы примите во внимание следующие три правила:

  • Держите заземляющие соединения оптопары отдельно

Стандартная оптопара включает в себя два контакта заземления: один для светодиода, а другой - для светочувствительного устройства.Соединение обоих этих заземлений вместе откроет вашу чувствительную схему для любого шума от внешнего заземления. Чтобы избежать этого, всегда создавайте две точки подключения: одну для контактов внешнего заземления, а другую - для входных заземляющих проводов.

  • Выберите правильное значение резистора ограничения тока

Выбор резистора ограничения тока, который работает при минимальном значении оптопары, приведет к нестабильному поведению. Также можно выбрать резистор, обеспечивающий слишком большой ток, при котором светодиод лопнет.При выборе значения для резистора обязательно найдите значение минимального прямого тока из таблицы коэффициента передачи тока в таблице данных оптопары. У Vishay есть отличное руководство по чтению таблицы данных оптопары здесь.

  • Знайте, какой тип оптопары вам нужен

Не все оптопары созданы равными, и вам нужно будет выбрать правильный тип для вашего приложения. Например, опто-симистор используется, если вам нужно управлять нагрузкой переменного тока.Opto-Darlington предназначены только для малых входных токов. Если все, что вам нужно, это стандартная изоляция входа, то обычная оптопара PC817 справится с этой задачей. Эту статью от Nuts and Volts определенно стоит прочитать, чтобы понять типы и различия оптопар.

Библиотеки оптопар в EAGLE

Управляемые онлайн-библиотеки Autodesk EAGLE включают целую категорию оптопар для использования в вашем следующем проекте. Это лучше, чем создавать свои собственные пакеты и символы с нуля! Чтобы использовать эту библиотеку, убедитесь, что optocoupler.lbr активируется в панели управления Autodesk EAGLE, как показано ниже. Если это так, то в следующий раз, когда вам понадобится добавить компонент, у вас будет доступ ко всем этим устройствам.

Готовы начать изоляцию цепей и защиту низковольтных устройств? Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать использовать прилагаемые библиотеки оптопары!

4-канальный симистор: 9 ступеней (с изображениями)

Некоторые замечания по конструкции.

4 двойных контакта были добавлены для звеньев сумочки для принудительного включения каналов в целях тестирования.Конечно, вам по-прежнему понадобится источник питания 5 В для питания оптоволоконных устройств, но лучше всего питать его из режима переключения или изолирующего трансформатора.

Дорожки на печатной плате для позиционирования симисторов необходимо немного сместить, чтобы соответствовать толщине радиатора.

Комбинированные резисторы R7 / R8 для всех необходимо сделать немного длиннее на печатной плате ... или использовать резисторы меньшей мощности.

Резистор светодиода индикатора 5 В отображается как 1 кОм, а на самом деле 330, а колпачки - 100 н, а 10 мк .. Я обновлю схему позже.
Предохранители на 3,15 А.

Катушки индуктивности на самом деле 100uh я добавил, чтобы замедлить скорость нарастания тока через что-либо индуктивное. Далее следует дальнейшее тестирование.

Ранее я упоминал, что эта конструкция переключает нейтраль в цепи, так как у нас есть доступ к нейтрали. во многих схемах диммера или бытовом переключателе у вас нет доступа к нейтрали, поэтому симистор переключается на горячую сторону цепи с каждой нагрузкой.

интересное примечание о питании светодиодов, использующих эту конструкцию:

Лампы 220 В, 50 Гц, 30 мА 5.9W BC Свеча дизайн. Я обнаружил, что когда они вставлены, они светятся, несмотря на то, что схема симистора отключена, а при измерении через o / p у меня было 35 В переменного тока. Если вы посмотрите на схему, вы заметите демпфер на симисторе. Он состоит из резистора 180 Ом и 100н плюс 680 Ом и еще 100н. То, где он находится в цепи, означает, что он способен переключать небольшой ток на нейтраль, даже если симистор выключен. То же самое и с 680 и 100n, потому что опто-симистор должен определять фазу сети, чтобы определить момент срабатывания.С вольфрамовой лампой ток, который она сбрасывает, когда она выключена, представляет собой импеданс лампы, который может варьироваться от 121 Ом для 400 Вт или 1,6 кОм для 30 Вт. Он включен последовательно с демпфером, и течет небольшой ток, слишком маленький, чтобы даже вольфрамовая проволока раскалилась. Не так со светодиодным дизайном. Очень небольшого тока достаточно, чтобы светодиоды светились, хотя и незначительно. Я не снимал демпфер, чтобы посмотреть, исправит ли он это, но думаю, что удастся. Сомневаюсь, что при 680 Ом и 100 н он светится.

Может случиться так, что для переключения на горячую сторону, а не на холодную придется изменить конструкцию, я могу попробовать это позже, если мне не нравится удаление демпфера.Некоторые симисторы не имеют амортизатора, поэтому их можно использовать только для светодиодов.

В целом эту схему можно было бы уменьшить до гораздо меньшего размера за счет тщательного согласования компонентов с мощностью, и, возможно, со временем я мог бы просто это сделать, особенно если ее управление просто светодиодами с минимальным током, хотя при 220 В вам нужно сохранить и следите за расстоянием между гусеницами, чтобы избежать пробоев.

Вы заметите, что все дорожки, питающие симисторы, имеют длину 100 мил или 2, 54 мм в сегодняшних деньгах, это дает вам около 3.6A позволяет повысить температуру на 30 ° C, но должно быть больше, так как я залудил все дорожки, чтобы сделать их толще.

Расстояние между дорожками в руках богов в том, что касается вольт, хотя большинство дорожек на уровне среднего напряжения превышают 1 мил на 40 В в качестве абсолютного минимума.

Симисторы - Рабочие и прикладные схемы

Симистор можно сравнить с реле с фиксацией. Он мгновенно включится и закроется, как только он сработает, и будет оставаться закрытым, пока напряжение питания остается выше нуля вольт или полярность питания не изменяется.

Если используется переменный ток (переменный ток), симистор будет размыкаться в те периоды, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закроется и включится сразу после его повторного запуска.

Преимущества симистора как статических переключателей

  • Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузкой в ​​цепях переменного тока.
  • Симисторы
  • можно сконфигурировать для переключения относительно более тяжелых нагрузок за счет срабатывания минимального тока.
  • Когда симисторы проводят (замыкаются), они не создают эффекта дребезга, как в механических переключателях.
  • Когда симисторы выключаются (при переходе через нуль переменного тока), он делает это без каких-либо переходных процессов из-за противо-ЭДС и т. Д.
  • Симисторы также устраняют плавление контактов или проблемы с дугой, а также другие формы износа, которые обычно встречаются наблюдается в электрических переключателях на механической основе.
  • Симисторы
  • имеют гибкое срабатывание, которое позволяет им переключаться в любой заданной точке входного цикла переменного тока через положительный сигнал низкого напряжения на затворе и общей земле.
  • Это напряжение запуска может быть от любого источника постоянного тока, такого как батарея, или выпрямленный сигнал от самого источника переменного тока.В любом случае симистор будет проходить периоды выключения всякий раз, когда форма сигнала переменного тока полупериода перемещается через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

Симистор состоит из трех клемм : Gate, A1, A2, как показано ниже:

Чтобы включить симистор, на его вывод затвора (G) должен быть подан ток триггера затвора. Это заставляет ток затвора течь через затвор и клемму A1. Ток затвора может быть положительным или отрицательным по отношению к выводу A1 симистора.Клемма A1 может быть подключена к отрицательной линии VSS или положительной линии VDD источника питания управления затвором.

Следующая диаграмма показывает упрощенную схему симистора, а также его внутреннюю кремниевую структуру.

Когда на затвор симистора подается ток срабатывания, он включается с помощью встроенных в него диодов, установленных последовательно между клеммой G и клеммой A1. Эти 2 диода установлены на переходах P1-N1 и P1-N2 симистора.

Квадранты запуска симистора

Запуск симистора осуществляется через четыре квадранта в зависимости от полярности тока затвора, как показано ниже:

Эти квадранты запуска могут применяться практически в зависимости от семейства и класса симистора, так как приведено ниже:

Q2 и Q3 - рекомендуемые квадранты запуска для симисторов, поскольку они обеспечивают минимальное потребление и надежный запуск.

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, так как он требует более высокого тока затвора.

Важные параметры запуска для симисторов

Мы знаем, что симистор можно использовать для переключения мощной нагрузки переменного тока через его клеммы A1 / A2 через относительно небольшой источник запуска постоянного тока на клемме затвора.

При проектировании схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания затвора. Параметры запуска: ток срабатывания затвора симистора IGT, напряжение срабатывания затвора VGT и ток фиксации затвора IL.

  • Минимальный ток затвора, необходимый для включения симистора, называется током запуска затвора IGT. Это должно быть применено к затвору и клемме A1 симистора, который является общим для источника питания триггера затвора.
  • Ток затвора должен быть выше номинального значения для самой низкой указанной рабочей температуры. Это обеспечивает оптимальное срабатывание симистора при любых обстоятельствах. В идеале значение IGT должно в 2 раза превышать номинальное значение в техническом паспорте.
  • Триггерное напряжение, приложенное к затвору и выводу A1 симистора, называется VGT.Он применяется через резистор, о котором мы вскоре поговорим.
  • Ток затвора, который эффективно фиксирует симистор, является током фиксации и обозначается как LT. Фиксация может произойти, когда ток нагрузки достигнет значения LT, только после этого фиксация активируется, даже если ток затвора снят.
  • Вышеуказанные параметры указаны для температуры окружающей среды 25 ° C и могут иметь отклонения при изменении этой температуры.

Неизолированный запуск симистора может быть выполнен в двух основных режимах, первый метод показан ниже:

Здесь положительное напряжение, равное VDD, подается на затвор и вывод A1 симистора.В этой конфигурации мы видим, что A1 также подключен к Vss или отрицательной линии источника питания затвора. Это важно, иначе симистор никогда не ответит.

Второй метод заключается в подаче отрицательного напряжения на затвор симистора, как показано ниже:

Этот метод идентичен предыдущему, за исключением полярности. Поскольку затвор запускается отрицательным напряжением, клемма A1 теперь соединена совместно с линией VDD вместо Vss напряжения затвора-истока.Опять же, если этого не сделать, симистор не сработает.

Расчет резистора затвора

Резистор затвора устанавливает IGT или ток затвора симистора для необходимого запуска. Этот ток увеличивается, когда температура падает ниже заданной температуры перехода 25 ° C.

Например, если заданное значение IGT составляет 10 мА при 25 ° C, оно может увеличиться до 15 мА при 0 ° C.

Чтобы резистор мог обеспечивать достаточный IGT даже при 0 ° C, он должен быть рассчитан для максимально доступного VDD от источника.

Рекомендуемое значение составляет от 160 до 180 Ом на 1/4 Вт для VGT затвора 5 В. Более высокие значения также будут работать, если у вас достаточно постоянная температура окружающей среды.

Запуск от внешнего источника постоянного тока или существующего переменного тока : Как показано на следующем рисунке, симистор можно переключать либо через внешний источник постоянного тока, такой как аккумулятор или солнечная панель, либо через адаптер переменного / постоянного тока. В качестве альтернативы он также может запускаться от самого существующего источника переменного тока.

Здесь переключатель S1 имеет незначительную нагрузку на него, поскольку он переключает симистор через резистор, вызывая минимальный ток, проходящий через S1, тем самым спасая его от любого вида износа.

Переключение симистора через герконовое реле : Для переключения симистора движущимся объектом может быть включен запуск на основе магнитного поля. Герконовый переключатель и магнит можно использовать для таких приложений, как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. Всякий раз, когда движущаяся система проходит мимо герконового реле, она запускает симистор в проводимость через прикрепленный к нему магнит.

Герконовое реле также может использоваться, когда требуется электрическая изоляция между источником срабатывания и симистором, как показано ниже.

Здесь медная катушка подходящего размера намотана на герконовое реле, а выводы катушки подключены к потенциалу постоянного тока через переключатель. Каждый раз при нажатии переключателя происходит изолированное срабатывание симистора.

Благодаря тому, что герконовые реле рассчитаны на миллионы операций включения / выключения, эта система переключения становится чрезвычайно эффективной и надежной в долгосрочной перспективе.

Другой пример изолированного срабатывания симистора можно увидеть ниже, здесь внешний источник переменного тока используется для переключения симистора через развязывающий трансформатор.

Еще одна форма изолированного запуска симисторов показана ниже с использованием фотоэлементов. В этом методе светодиод и фотоэлемент или фотодиод монтируются как единое целое внутри одного корпуса. Эти оптопары легко доступны на рынке.

Необычное переключение симистора по схеме выключено / половинная / полная мощность показано на схеме ниже. Для снижения мощности на 50% диод включен последовательно с затвором симистора. Этот метод заставляет симистор включаться только на чередующиеся полупериоды положительного переменного тока на входе.

Схема может эффективно применяться для управления нагрузками нагревателя или другими резистивными нагрузками, имеющими тепловую инерцию. Это может не сработать для управления освещением, так как половина положительной частоты циклов переменного тока приведет к раздражающему мерцанию света; Точно так же этот запуск не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Цепь триака с фиксацией сброса

Следующая концепция показывает, как можно использовать триак для создания фиксатора сброса с помощью пары кнопок.

Нажатие кнопки настройки фиксирует симистор и нагрузку, а нажатие кнопки сброса сгибает защелку.

Цепи таймера задержки симистора

Симистор может быть настроен как схема таймера задержки для включения или выключения нагрузки после заданной заданной задержки.

В первом примере ниже показана схема таймера отключения с задержкой на основе симистора. Первоначально при подаче питания симистор включается.

Тем временем начинается зарядка 100 мкФ, и при достижении порога срабатывает UJT 2N2646, включая SCR C106.

SCR замыкает затвор на массу, отключая симистор. Задержка определяется настройкой 1M и номиналом последовательного конденсатора.

Следующая схема представляет собой схему таймера симистора задержки включения. При включении симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это происходит, диак срабатывает и включает симистор. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

Следующая схема представляет собой еще одну версию таймера на основе симистора.При включении UJT переключается через конденсатор емкостью 100 мкФ. UJT удерживает переключатель SCR в положении ВЫКЛ, лишая симистора тока затвора, и, таким образом, симистор также остается выключенным.

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью заряжается, выключая UJT. Теперь SCR включается, активируя симистор, а также нагрузку.

Цепь мигания лампы симистора

Эту цепь мигания симистора можно использовать для мигания стандартной лампы накаливания с частотой, которая может регулироваться от 2 до примерно 10 Гц.Схема работает путем выпрямления сетевого напряжения диодом 1N4004 вместе с переменной RC-цепью. В тот момент, когда электролитический конденсатор заряжается до напряжения пробоя диака, он вынужден разряжаться через диак, который, в свою очередь, запускает симистор, что приводит к миганию подключенной лампы.

После задержки, установленной элементом управления 100 кОм, конденсатор снова перезаряжается, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 k устанавливает ток срабатывания симистора.

Заключение

Симистор - один из самых универсальных компонентов электронного семейства.Симисторы можно использовать для реализации множества полезных схем. В приведенном выше сообщении мы узнали о нескольких простых применениях схем симистора, однако существует бесчисленное множество способов, которыми симистор может быть сконфигурирован и применен для создания желаемой схемы.

На этом веб-сайте я уже размещал много схем на основе симисторов, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения, вот ссылка на него:

Triac Driver - Everlight Europe GmbH

    Описание:
    ELT304X Устройства серии ELT306X и ELT308X состоят из GaAs-излучающего диода инфракрасного излучения, оптически соединенного с монолитным кремниевым фототиаком, пересекающим нулевое напряжение.
    Они предназначены для использования с дискретным силовым симистором в интерфейсе логических систем с оборудованием, питаемым от линий 110–380 В переменного тока, таким как твердотельные реле, промышленные устройства управления, двигатели, соленоиды и бытовые приборы.

    Характеристики:
    Пиковое напряжение пробоя
    400 В: ELT304X
    600 В: ELT306X
    800 В: ELT308X
    Высокое напряжение изоляции между входом и выходом (Viso = 5000 В среднеквадратическое значение)
    Переход нулевого напряжения
    Не содержит Pb и соответствует требованиям RoHS.
    Одобрено UL и cUL (No.E214129)
    Одобрено VDE (№ 40028391)
    Одобрено SEMKO
    Одобрено NEMKO
    Одобрено DEMKO
    Одобрено FIMKO

    Применения:
    Электромагнитное управление / управление клапаном
    Световое управление
    Статический переключатель мощности
    Драйверы двигателя переменного тока
    Контакторы температуры
    Пускатели электродвигателей переменного тока