Načela krmiljenja tiristorjev in triakov

Začnimo z najpreprostejšimi shemami. V najpreprostejšem primeru je za krmiljenje tiristorja dovolj, da na njegovo krmilno elektrodo na kratko napajamo konstanten tok določene vrednosti. Mehanizem za dovajanje tega toka lahko shematično prikažemo s predstavo stikala, ki se zapre in napaja, kot je izhodna stopnja čipa ali tranzistorja.

To je na videz preprosta metoda, vendar mora biti moč krmilnega signala tukaj pomembna. Torej mora biti v normalnih pogojih za triak KU208 ta tok najmanj 160 mA, za trinistor KU201 pa najmanj 70 mA. Tako bo pri napetosti 12 voltov in povprečnem toku recimo 115 mA krmilna moč zdaj 1,4 W.

Zahteve glede polarnosti krmilnega signala so naslednje: SCR zahteva krmilno napetost, ki je pozitivna glede na katodo, triak (uravnotežen tiristor) pa zahteva enako polarnost kot anodni tok ali negativno za vsakega od polciklov. .

Krmilna elektroda triaka ni šuntirana, trinistor se upravlja z uporom 51 ohmov.Sodobni tiristorji zahtevajo vedno manj krmilnega toka in zelo pogosto lahko najdete vezja, kjer je krmilni tok SCR-jev zmanjšan na približno 24 mA, pri triakih pa na 50 mA.

Lahko se zgodi, da močno zmanjšanje toka v krmilnem vezju vpliva na zanesljivost naprave, zato morajo včasih razvijalci izbrati tiristorje posebej za vsako vezje. V nasprotnem primeru bi morala biti za odpiranje nizkotokovnega tiristorja njegova anodna napetost v tistem trenutku visoka, kar bi povzročilo škodljiv zagonski tok in motnje.

Pomanjkanje krmiljenja po zgoraj opisani najpreprostejši shemi je očitno: obstaja stalna galvanska povezava krmilnega vezja z električnim vezjem. Triaki v nekaterih tokokrogih omogočajo povezavo enega od sponk krmilnega vezja z nevtralno žico. SCR-ji omogočajo takšno rešitev le z dodajanjem diodnega mostu v bremensko vezje.

Zaradi tega se moč, dovedena v obremenitev, prepolovi, ker se napetost dovaja v obremenitev samo v eni od obdobij omrežnega sinusnega vala. V praksi imamo dejstvo, da se vezja s tiristorskim krmiljenjem enosmernega toka brez galvanske izolacije vozlišč skoraj nikoli ne uporabljajo, razen kadar je treba krmiljenje iz nekega dobrega razloga izvesti na ta način.

Običajna rešitev za krmiljenje tiristorja je, da se napetost dovaja na elektrodo vrat neposredno iz anode skozi upor tako, da se stikalo zapre za nekaj mikrosekund. Ključ pri tem je lahko visokonapetostni bipolarni tranzistor, majhen rele ali fotoupor.

Ta pristop je sprejemljiv pri razmeroma visoki anodni napetosti, je priročen in preprost tudi, če obremenitev vsebuje reaktivno komponento. Obstaja pa tudi pomanjkljivost: dvoumne zahteve za upor za omejevanje toka, ki mora biti majhne nominalne vrednosti, tako da se tiristor vklopi bližje začetku polcikla sinusnega vala, ko je prvič vklopljen, ne pri ničelni omrežni napetosti (če ni sinhronizacije), lahko pride tudi do 310 voltov, vendar tok skozi stikalo in skozi krmilno elektrodo tiristorja ne sme presegati največjih dovoljenih vrednosti zanje.

Sam tiristor se odpre na napetost Uop = Iop * Rlim. Posledično se bo pojavil šum in napetost bremena se bo rahlo zmanjšala. Izračunani upor upora Rlim se zmanjša za vrednost upora bremenskega tokokroga (vključno z njegovo induktivno komponento), ki je slučajno zaporedno povezan z upora ob vklopu.

Toda pri grelnih napravah se upošteva dejstvo, da je v hladnem stanju njihov upor desetkrat manjši kot v delujočem ogrevanem. Mimogrede, zaradi dejstva, da se lahko v triakih vklopni tok za pozitivne in negativne polovične valove nekoliko razlikuje, se lahko na obremenitvi pojavi majhna konstantna komponenta.

Vklopni čas SCR običajno ni daljši od 10 μs, zato je za ekonomično krmiljenje moči obremenitve mogoče uporabiti impulzni niz z delovnim ciklom 5, 10 ali 20 za frekvence 20, 10 in 5 kHz oz. Moč se bo zmanjšala od 5 do 20-krat.

Pomanjkljivost je naslednja: tiristor se lahko vklopi in ne na začetku pol-cikla.Polna je valov in hrupa. In vendar, tudi če se vklop zgodi tik pred začetkom dviga napetosti od nič, v tem trenutku tok krmilne elektrode morda še ne doseže zadrževalne vrednosti, potem se bo tiristor izklopil takoj po koncu utrip.

Posledično se bo tiristor najprej vklopil in izklopil za kratke intervale, dokler končno tok ne dobi sinusne oblike. Pri obremenitvah z induktivno komponento tok morda ne bo dosegel zadrževalne vrednosti, kar nalaga nižjo omejitev trajanja krmilnih impulzov, poraba energije pa se ne bo veliko zmanjšala.

Ločitev krmilnega vezja od omrežja je zagotovljena s tako imenovanim impulznim zagonom, ki ga je mogoče enostavno izvesti z namestitvijo majhnega izolacijskega transformatorja na feritni obroč s premerom manj kot 2 cm, pomembno je, da izolacijska napetost Takšnega transformatorja bi morala biti visoka in ne kot vsak industrijski impulzni transformator...

Da bi bistveno zmanjšali moč, potrebno za krmiljenje, se bo treba zateči k natančnejšemu krmiljenju. Tok vrat je treba izklopiti tako, kot je vklopljen tiristor. Ko je stikalo zaprto, se tiristor vklopi in ko tiristor začne prevajati tok, mikrovezje preneha dovajati tok skozi krmilno elektrodo.

Ta pristop resnično prihrani energijo, potrebno za pogon tiristorja. Če je stikalo trenutno zaprto, anodna napetost še vedno ni dovolj, mikrovezje ne bo odprlo tiristorja (napetost mora biti nekoliko večja od polovice napajalne napetosti mikrovezja). Vklopna napetost je nastavljiva izbor ločilnih uporov.

Za krmiljenje triaka na ta način je potrebno slediti polarnosti, zato je v vezje dodan blok para tranzistorjev in treh uporov, ki določa trenutek, ko napetost prečka nič. Bolj zapletene sheme presegajo obseg tega članka.