Способы и схемы управления тиристором или симистором
Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.
Содержание статьи
Определение
Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.
Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).
Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.
Основные характеристики
Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:
Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).
Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
Ток управления (IGT).
Максимальный ток управления электрода IGM.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)
Принцип работы
Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.
Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.
Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.
После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).
Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.
Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.
После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.
Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.
Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами
Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.
Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.
Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.
Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.
Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.
По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.
Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.
На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.
Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.
Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:
Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».
Заключение
Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…
2P4m схема зарядного устройства
 | |
 |
 |  |
 Правда до этого момента он безотказно отработал примерно пять лет.
Неприятности начались при первой попытке применения шуруповёрта. Добросовестно прозаряжав его три часа (как написано в инструкции) получил время кручения шурупов около пяти минут. Спешить было некуда, поставил снова заряжаться.
Измерил ток заряда, получилось около 50мA. Проверил элементы, все были исправны. Схема оказалась зарядником SKIL, SPARKY и т.д и т.п моделей.
Пробовал спросить на форуме Кота как она (схема) работает но ответа не получил .
Но это выяснилось намного позже.
Дальше всё обыденно и рутинно. Развёл плату под свой размер.
При первой попытке заряда вылезли некоторые нюансы. Посмотрим на картинку из даташита:
Обратите внимание на формулы внизу рисунка. Разделы сайтаDirectAdvert NEWSДрузья сайтаРекламный блокРекламный блокРекламный блокСтатистика
Зарядные устройства для аккумуляторов шуруповертов. Для увеличения картинок и схем – кликайте на изображении мышкой. Что делать, если штатный зарядник недозаряжает аккумуляторы или совсем вышел из строя? А ведь бывает и так, что ремонтировать вышедшее из строя ЗУ становится не целесообразным… Ниже мы представим вам несколько вариантов не сложных схем, они легки в повторении, и собрать их сможет даже начинающий радиолюбитель. Первый вариант устройства собран на распространенных деталях отечественного производства. Рассмотрим схему, изображенную на рисунке 1. Понижающий трансформатор Тр1 220/13 вольт с током вторичной обмотки не менее 1 ампера. Если не найдете готового трансформатора, и вам нужно будет его перематывать, прочитайте статью “Простой расчет понижающего трансформатора.” , в ней все подробно расписано. Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки, поступает на диодный мост, выпрямляется и сглаживается на емкости С1. Учтите, что на С1 уже будет не напряжение вторички (13В), а 13*√2 , это примерно 18,4 вольта. Это напряжение и приходит на интегральный стабилизатор DA1. Резистор R4 служит регулировкой прикладываемого к заряжаемому аккумулятору напряжения, т.е. если вы знаете, что напряжение полностью заряженного вашего аккумулятора составляет 14,2 вольта, значит на выходе ЗУ и следует установить такое напряжение. Мощность, которая выделяется на R3 равна 〖Iзаряда〗^2 • R3 = 〖1,5〗^2 • 1 = 2,25Вт, так что можно применить МЛТ-2 1Ом, но при этом Iзаряда надо малость уменьшить. Вообще данная схема является стабилизатором напряжения с ограничением по току нагрузки. На первом этапе аккумулятор заряжается стабильным током, потом, когда ток заряда станет меньше величины тока ограничения, аккумулятор будет заряжаться уменьшающимся током до напряжения стабилизации микросхемы DA1.
Датчиком зарядного тока для индикатора HL1 служит диод VD2. В этом случае светодиод HL1 будет индицировать наличие тока вплоть до ≈ 50 миллиампер. Если в качестве датчика тока использовать все тот же R3, то светодиод будет гаснуть уже при токе ≈0,6 ампер, т.е. судя по погасшему светодиоду мы судили бы, что наступил конец зарядки аккумулятора, но он окажется заряженным не полностью. VD1 – D3SBA40 , можно заменить на RC201, RS201, KBP005, BR305, KBPC1005 или собрать мост из диодов с прямым выпрямленным током не менее двух ампер. КР142ЕН12А – трехвыводной интегральный регулируемый стабилизатор положительного напряжения с током в нагрузке до 1,5 ампер, чем и ограничивается максимальный ток заряда аккумулятора шуруповерта. Печатная плата зарядного устройства:
Этим устройством можно заряжать и шестивольтовые аккумуляторы. Кстати можно прикинуть, возможно ли заряжать аккумуляторы с напряжением 1,25В. Напряжение на входе стабилизатора DA1 — 20В, ток заряда допустим — 1,5А. первоначальное напряжение на аккумуляторе равно одному вольту, значит, в этом случае на микросхеме упадет 20В — 1В = 19В. При этом на ней выделится мощность равная U•I = 19В • 1,5А = 28,5Вт. Максимально допустимая мощность рассеивания для КР142ЕН12А равна 30Вт. Т.е. при условии применения соответствующего радиатора возможна зарядка и отдельного аккумуляторного элемента с напряжением 1,25В. Для начала хочу напомнить об уникальном схемном решении, предложенном когда то фирмой Дженерал Электрик. Это схемное решение является регулятором напряжения и тока независимо, т.е. независимая регулировка. Ниже представлены схемы зарядного устройства для бытового автономного инструмента на аккумуляторах 14.4V. Ток заряда устанавливается подстроечным резистором. На Рас.2 представлена добавка, где можно регулировать и напряжение заряда. Схемное решение проверено . Источник питания устройства не стабилизированный, состоит из трансформатора T1, диодов VD1-VD4 и сглаживающего конденсатора C1. Стабилизатор зарядного тока реализован на микросхеме DA1. Резистор R3 задает величину тока стабилизации. Резистор R2 и транзистор VT1 служат для выключения стабилизатора тока по окончании времени заряда. Транзистор VT2, светодиод HL1 и резисторы R4,R5 представляют собой индикатор тока заряда аккумуляторной батареи GB1. Если ток заряда батареи находится в пределах 50-100 % от номинального, то светодиод HL1 светится. Диод VD5 не даёт батарее разряжаться через резисторы R2 – R4 при отсутствии напряжения питания. Диоды VD6, VD7, стабилитрон VD8, резистор R6 и конденсатор C3 образуют стабилизированный источник на 8-10 вольт для питания микросхемы DD1. Резистор R7 служит для ускорения разряда конденсаторов C1, C3, C4 при отключении устройства от сети. Когда устройство подключено к сети, микросхема DD1 питается через диод VD7, а диод VD6 закрыт. Если напряжение в сети пропадает, то открывается диод VD6, а диод VD7 закрывается и микросхема DD1 питается от заряжаемой батареи GB1. Транзистор VT3, стабилитрон VD9 и резисторы R8 – R10 предназначены для контроля напряжения питания. Если напряжение в норме, то через стабилитрон VD9 и резисторы R8, R9 протекает ток, который открывает транзистор VT3. На коллекторе транзистора низкий уровень, диод VD10 закрыт и никак не влияет на работу микросхемы DD1. Если напряжение питания уменьшится или пропадёт совсем, то транзистор VT3 закроется и через диод VD10 на вывод 12 микросхемы будет подан высокий уровень, который остановит таймер. Описание работы устройства. Когда ЗУ отключено от сети и АКБ отключена тоже, конденсаторы C3, C4 разряжены, питание на микросхему DD1 не подаётся. Если подключить устройство к сети или установить аккумуляторную батарею, то на вывод 16 микросхемы DD1 будет подано питание. Поскольку конденсатор C4 разряжен, то на выводы 5 и 9 микросхемы DD1 будет подан высокий уровень, который вызовет сброс счётчиков. На выходе 10 микросхемы DD1 будет низкий уровень. Транзистор VT1 будет закрыт, и никак не будет влиять на работу стабилизатора тока заряда. Транзистор VT4 будет тоже закрыт и индикатор HL2 гореть не будет. Если аккумулятор подключен, то через него потечёт зарядный ток и загорится индикатор HL1. Диод VD11 будет также закрыт, и не будет влиять на работу генератора микросхемы DD1. Если напряжение питания в норме, то диод VD10 будет тоже закрыт. Генератор импульсов микросхемы начнёт работать. Через некоторое время конденсатор C4 зарядится и на входах 5 и 9 микросхемы DD1 установится низкий уровень, который разрешит работу счётчиков. Начнётся отсчёт времени заряда. После того, как пройдёт время равное 1277952 периодам колебаний генератора, на выходе 10 микросхемы DD1 появится высокий уровень напряжения. Это напряжение через диод VD11 попадёт на вход 12 микросхемы DD1 и генератор остановится. Этот же высокий уровень откроет транзисторы VT1 и VT4. Через открытый транзистор VT1 выход ADJ микросхемы DA1 окажется соединённым с общим проводом, что приведёт к выключению стабилизатора тока заряда. Индикатор HL1 погаснет, и загорится индикатор HL2, это будет означать, что процесс заряда закончен. В этом состоянии устройство может находиться неограниченно долго. Если в этом состоянии пропадёт напряжение в сети, то микросхема DD1 перейдёт на питание от заряженного аккумулятора, и может питаться от него примерно в течение недели. Если напряжение в сети появится снова, то перезапуска таймера не произойдёт. Микросхема просто перейдёт опять на питание от сети и сохранит своё состояние. Если напряжение в сети пропадёт во время зарядки аккумулятора, то транзистор VT3 закроется, высокий уровень напряжения с его коллектора через диод VD10 попадёт на вход 12 микросхемы DD1, и остановит работу генератора. Отсчёт времени заряда прекратится. Микросхема DD1 перейдёт на питание от заряженного аккумулятора. Если напряжение в сети появится снова, то транзистор VT3 откроется, и отсчёт времени заряда продолжится. Конструкция и детали. Микросхему DD1 необходимо установить на радиатор, например из алюминиевой пластины. Печатная плата не разрабатывалась. Монтаж был сделан проводом МГТФ на универсальной плате, которой была придана форма, похожая на ту плату, которая стояла в зарядном устройстве раньше. Трансформатор любой, который может обеспечить после выпрямителя 28 – 30 вольт при токе нагрузки 250 – 300 мА. Транзисторы КТ502Е, КТ503Е, скорее всего, можно заменить на КТ361 и КТ315 соответственно, никак специальных требований к ним нет. Стабилитроны VD8, VD9 любые, на 8 – 10 вольт и на 20 – 25 вольт, соответственно. Времязадающий конденсатор таймера C5 должен быть с маленьким ТКЕ, например плёночный К73-17.
Вместо аккумуляторной батареи сначала следует подключить резистор сопротивлением 60 – 70 Ом и мощностью не менее 5 вт, убедиться, что ток через него равен 250 мА. Хорошо было бы убедиться, что ток через этот резистор не изменяется, при изменении сетевого напряжения в пределах +/- 10 %. Проверить напряжение питания микросхемы. Оно должно быть в пределах 8 – 10 вольт. Вместо конденсатора C5 временно установить конденсатор на 50 – 100 пф, чтобы не ждать 7 часов. Проверить, как работает счётчик. Установить конденсатор C5 ёмкостью 0,1 мкф. Установить частоту генератора, исходя из требуемого времени заряда. Частота определяется следующим образом. Например, нам требуется время заряда 6 часов 45 минут. Это будет 6*3600 + 45*60 = 21600 + 2700 = 24300 секунд. Высокий уровень появится на выходе 10 микросхемы DD1 через 1277952 периодов. Один период равен T = 24300/1277952 = 0,01901 секунды, что соответствует частоте генератора 52,6 Гц. Частоту генератора следует смотреть на выводе 11 микросхемы DD1. На этом выводе сигнал с частотой генератора, поделённой на 32 (52.6/32 = 1,64 Гц), и период, соответственно 32*T = 32*0,01901 = 0,608 секунды. Если есть частотомер, то подстроечным резистором R13 надо установить требуемое значение. Если частотомера нет, то к выводу 11 микросхемы DD1 можно подключить точно такой же каскад на транзисторе со светодиодом, какой используется для индикации окончания заряда (транзистор VT4). Светодиод будет мигать с частотой 1,64 Гц. По секундомеру установить частоту, чтобы было 60/0,608 = 98 вспышек в минуту. Если мигающий светодиод не действует Вам на нервы, то его можно оставить и в готовом устройстве (типа, тикает! спасайся кто может!). Проверить работу цепи контроля напряжения питания (транзистор VT3). При уменьшении напряжения питания до величины напряжения стабилизации стабилитрона VD9, транзистор VT3 должен закрыться и остановить генератор. Работа с устройством. Подключить аккумулятор к устройству. Включить устройство в сеть. Можно и наоборот. Сначала включить устройство в сеть, а потом подключить аккумулятор. Должен засветиться индикатор HL1. Начнётся отсчёт времени. Надо помнить, что отсчёт времени идет, когда устройство подключено к сети, даже если аккумулятор не установлен. Примерно через 7 часов, индикатор HL1 должен погаснуть, а индикатор HL2 должен засветиться, сигнализируя об окончании зарядки. Понравилась новость? Не забудь поделиться ссылкой с друзьями в соцсетях.
А) Автомобилист вышел из транспорта и забыл выключить фары. Б) Аккумуляторная батарея слишком нагрелась под воздействием солнечных лучей.
А) При долгом простое аккумуляторная батарея выйдет из строя. Б) Нет, батарея не испортится, ее потребуется только зарядить и она снова будет функционировать.
А) Есть только один вариант — сеть с напряжением в 220 вольт. Б) Сеть на 180 Вольт.
А) Желательно производить демонтаж батареи с установленного места, иначе возникнет риск повредить электронику поступлением большого напряжения. Б) Необязательно снимать АКБ с установленного места.
А) Да, при неправильном подключении, аппаратура сгорит. Б) Зарядное устройство просто не включится, потребуется переместить на положенные места необходимые контакты. Ответы:
Ответы на 5 часто задаваемых вопросов
Ещё важно знать: 3 нюанса об эксплуатацииСамоделка по способу эксплуатации несколько отличается от заводского варианта. Это объясняется тем, что у покупного агрегата имеются встроенные функции, помогающие в работе. Их сложно установить на аппарате, собранном дома, а потому придется придерживаться нескольких правил при эксплуатации.
Выполняя эти простые правила, получится правильно произвести подпитку АКБ и не допустить неприятных последствий. Топ-3 производителей зарядных устройствЕсли нет желания или возможности своими руками собрать ЗУ, то обратите внимание на следующих производителей: Фирмы хорошо зарекомендовали себя на рынке, а потому о надежности и функциональности переживать при покупке не следует. Как избежать 2-х ошибок при зарядке аккумуляторной батареиНеобходимо соблюдать основные правила, чтобы правильно подпитать батарею на автомобиле.
Выполнение простых правил обеспечит надежную работу самостоятельно сделанного оборудования. Гораздо проще следить за агрегатом, чем после тратиться на составляющие для ремонта. Самое простое зарядное устройство для АКБ Схема” 100% рабочего ЗУ на 12 вольт |
