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 питание переменного тока (переменного тока), симистор будет открываться в течение периодов, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закроется и включится сразу после его повторного срабатывания.

Преимущества симистора как статических переключателей

• Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузками в цепях переменного тока.
• Симисторы можно настроить для переключения относительно более тяжелых нагрузок за счет срабатывания минимального тока.
• Когда симисторы проводят (замыкаются), они не вызывают эффекта дребезга, как в механических переключателях.
• Когда симисторы выключаются (при переменном токе переход через ноль ), он делает это без каких-либо переходных процессов из-за обратных ЭДС и т. д.
• Симисторы также устраняют проблемы с плавлением контактов или искрения, а также другие формы износа, которые обычно наблюдаются в механических электрических переключателях.
• Симисторы обладают гибким запуском, который 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 каждый раз, когда форма сигнала переменного тока полупериода перемещается через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

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

Чтобы включить симистор, на его вывод затвора (G) должен подаваться 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 триггерный ток подается на затвор симистора, 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 срабатывания симистора

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

Эти триггерные квадранты могут применяться на практике в зависимости от семейства и класса симистора, как указано ниже:

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

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, поскольку 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 триггера постоянного тока на клемме затвора.

При разработке схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания его 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 необходимо применить 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 будет разрешена, 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, приложено к затвору и выводу 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 срабатывает 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 на симистор для необходимого срабатывания. 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 гарантировать, что резистор способен обеспечить достаточное IGT даже при 0 ° C, он должен быть рассчитан для максимального 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 ваша окружающая температура довольно постоянна.

Запуск через внешний постоянный ток или существующий переменный ток : 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, так как 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. Геркон и магнит можно использовать для такие приложения , как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. 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 запуска и симистором, как показано ниже.

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

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

Другой пример изолированного запуска 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 в виде цепи 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 также приведет к раздражающему мерцанию света, такое срабатывание не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Установить цепь сброса симистора с фиксацией

Следующая концепция показывает, как можно использовать симистор 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 можно настроить как схему таймера задержки для включения или выключения нагрузки после заданной заранее заданной задержки.

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

Тем временем 100 мкФ начинает заряжаться, 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 задержки включения симистора. При подаче питания симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это произойдет, запускает диак и триггеры симистор ВКЛ. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

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

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью зарядится, отключив UJT. Теперь SCR включается, включая триак и нагрузку.

Цепь мигания лампы симистора

Эту схему симисторного мигающего устройства можно использовать для вспышки стандартной лампы накаливания с частотой, которая может регулироваться от 2 до 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 регулятором 100 кОм, конденсатор снова перезаряжается, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 k устанавливает ток срабатывания симистора.

Вывод

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 разместил множество схем на основе симисторов, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения. вот ссылка на него: