Principi di controllo a tiristori e triac

Iniziamo con gli schemi più semplici. Nel caso più semplice, per controllare un tiristore, è sufficiente fornire brevemente una corrente costante di un certo valore al suo elettrodo di controllo. Il meccanismo per fornire questa corrente può essere mostrato schematicamente raffigurando un interruttore che si chiude e fornisce alimentazione, come lo stadio di uscita di un chip o di un transistor.

Questo è un metodo apparentemente semplice, ma la potenza del segnale di controllo qui deve essere significativa. Quindi, in condizioni normali per il triac KU208, questa corrente dovrebbe essere di almeno 160 mA e per il trinistor KU201 dovrebbe essere di almeno 70 mA. Pertanto, a una tensione di 12 volt e con una corrente media, diciamo, di 115 mA, la potenza di controllo sarà ora di 1,4 W.

I requisiti di polarità del segnale di controllo sono i seguenti: l'SCR richiede una tensione di controllo positiva rispetto al catodo e il triac (tiristore bilanciato) richiede la stessa polarità della corrente anodica o negativa per ciascuno dei semicicli .

L'elettrodo di controllo del triac non è deviato, il trinistor è manipolato con un resistore da 51 ohm.I tiristori moderni richiedono sempre meno corrente di controllo e molto spesso è possibile trovare circuiti in cui la corrente di controllo degli SCR è ridotta a circa 24 mA e per i triac a 50 mA.

Può accadere che una forte diminuzione della corrente nel circuito di controllo influisca sull'affidabilità del dispositivo, quindi a volte gli sviluppatori devono scegliere i tiristori separatamente per ciascun circuito. Altrimenti, per aprire il tiristore a bassa corrente, la sua tensione anodica dovrebbe essere alta in quel momento, causando correnti di spunto dannose e interferenze.

La mancanza di controllo secondo lo schema più semplice sopra descritto è evidente: esiste una connessione galvanica permanente del circuito di controllo con il circuito elettrico. I triac in alcuni circuiti consentono di collegare uno dei terminali del circuito di controllo al filo neutro. Gli SCR consentono tale soluzione solo aggiungendo un ponte a diodi al circuito di carico.

Di conseguenza, la potenza fornita al carico viene dimezzata perché la tensione viene fornita al carico solo in uno dei periodi della sinusoide di rete. In pratica, abbiamo il fatto che i circuiti con controllo a tiristori della corrente continua senza isolamento galvanico dei nodi non vengono quasi mai utilizzati, tranne quando il controllo, per qualche buona ragione, deve essere effettuato in questo modo.

Una comune soluzione di controllo del tiristore è quella in cui la tensione viene applicata all'elettrodo di gate direttamente dall'anodo attraverso un resistore chiudendo l'interruttore per alcuni microsecondi. La chiave qui può essere un transistor bipolare ad alta tensione, un piccolo relè o una fotoresistenza.

Questo approccio è accettabile a una tensione anodica relativamente alta, è conveniente e semplice anche se il carico contiene un componente reattivo. Ma c'è anche un inconveniente: requisiti ambigui per il resistore limitatore di corrente, che deve essere piccolo nel valore nominale, in modo che il tiristore si accenda più vicino all'inizio del semiciclo dell'onda sinusoidale quando viene acceso per la prima volta, non a tensione di rete zero (in assenza di sincronizzazione), possono arrivare anche 310 volt, ma la corrente attraverso l'interruttore e attraverso l'elettrodo di controllo del tiristore non deve superare i valori massimi consentiti per loro.

Il tiristore stesso si aprirà alla tensione Uop = Iop * Rlim. Di conseguenza, si verificherà del rumore e la tensione di carico diminuirà leggermente.La resistenza calcolata del resistore Rlim viene ridotta del valore della resistenza del circuito di carico (incluso il suo componente induttivo), che risulta essere collegato in serie con il resistenza al momento dell'accensione.

Ma nel caso dei dispositivi di riscaldamento, si tiene conto del fatto che a freddo la loro resistenza è dieci volte inferiore rispetto a uno riscaldato funzionante. A proposito, a causa del fatto che nei triac la corrente di accensione per le semionde positive e negative può differire leggermente, sul carico potrebbe apparire una piccola componente costante.

Il tempo di attivazione dell'SCR di solito non è superiore a 10 μs, pertanto, per un controllo economico della potenza del carico, è possibile applicare un treno di impulsi con un ciclo di lavoro di 5, 10 o 20 per frequenze di 20, 10 e 5 kHz, rispettivamente. La potenza diminuirà da 5 a 20 volte.

Lo svantaggio è il seguente: il tiristore può accendersi e non all'inizio del semiciclo.È pieno di onde e rumore. Eppure, anche se l'accensione avviene poco prima dell'inizio dell'aumento di tensione da zero, in questo momento la corrente dell'elettrodo di controllo potrebbe non raggiungere ancora il valore di mantenimento, quindi il tiristore si spegnerà immediatamente dopo la fine del impulso.

Di conseguenza, il tiristore si accenderà e si spegnerà per brevi intervalli fino a quando la corrente assumerà una forma sinusoidale. Per i carichi con una componente induttiva, la corrente potrebbe non raggiungere il valore di mantenimento, che impone un limite inferiore alla durata degli impulsi di controllo, e il consumo energetico non diminuirà di molto.

La separazione del circuito di controllo dalla rete è assicurata dal cosiddetto avviamento ad impulso, che può essere facilmente effettuato installando un piccolo trasformatore di isolamento su un anello di ferrite con un diametro inferiore a 2 cm È importante che la tensione di isolamento di un tale trasformatore dovrebbe essere alto, e non proprio come qualsiasi trasformatore di impulsi industriale...

Per ridurre significativamente la potenza richiesta per il controllo, sarà necessario ricorrere a un controllo più preciso. La corrente di gate deve essere disattivata non appena viene attivato il tiristore. Quando l'interruttore è chiuso, il tiristore si accende e quando il tiristore inizia a condurre corrente, il microcircuito smette di fornire corrente attraverso l'elettrodo di controllo.

Questo approccio consente di risparmiare davvero l'energia necessaria per pilotare il tiristore. Se l'interruttore è attualmente chiuso, la tensione dell'anodo non è ancora sufficiente, il tiristore non verrà aperto dal microcircuito (la tensione dovrebbe essere leggermente superiore alla metà della tensione di alimentazione del microcircuito). La tensione di accensione è regolabile selezione delle resistenze di disaccoppiamento.

Per controllare il triac in questo modo, è necessario tracciare la polarità, quindi al circuito viene aggiunto un blocco di una coppia di transistor e tre resistori, che fissa il momento in cui la tensione attraversa lo zero. Schemi più complessi esulano dallo scopo di questo articolo.