Nguyên tắc điều khiển thyristor và triac
Hãy bắt đầu với những sơ đồ đơn giản nhất. Trong trường hợp đơn giản nhất, để điều khiển một thyristor, chỉ cần cung cấp một dòng điện không đổi có giá trị nhất định cho điện cực điều khiển của nó trong thời gian ngắn là đủ. Cơ chế cung cấp dòng điện này có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ bằng cách hình dung một công tắc đóng và cung cấp năng lượng, giống như giai đoạn đầu ra của chip hoặc bóng bán dẫn.
Đây là một phương pháp có vẻ đơn giản, nhưng công suất của tín hiệu điều khiển ở đây được yêu cầu là đáng kể. Vì vậy, trong điều kiện bình thường đối với triac KU208, dòng điện này ít nhất phải là 160 mA và đối với trinistor KU201, dòng điện này phải ít nhất là 70 mA. Do đó, ở điện áp 12 vôn và với dòng điện trung bình, chẳng hạn, 115 mA, công suất điều khiển bây giờ sẽ là 1,4 W.
Các yêu cầu về cực tính của tín hiệu điều khiển như sau: SCR yêu cầu điện áp điều khiển dương đối với cực âm và triac (thyristor cân bằng) yêu cầu cùng cực tính với dòng điện cực dương hoặc âm cho mỗi nửa chu kỳ .
Điện cực điều khiển của triac không bị shunt, trinistor được điều khiển bằng điện trở 51 ohm.Các thyristor hiện đại yêu cầu dòng điều khiển ngày càng ít hơn và bạn thường có thể tìm thấy các mạch trong đó dòng điều khiển của SCR giảm xuống còn khoảng 24 mA và đối với triac là 50 mA.
Có thể xảy ra trường hợp dòng điện trong mạch điều khiển giảm mạnh sẽ ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị, vì vậy đôi khi các nhà phát triển phải chọn riêng thyristor cho từng mạch. Mặt khác, để mở thyristor dòng điện thấp, điện áp cực dương của nó sẽ phải cao vào thời điểm đó, dẫn đến dòng điện xâm nhập có hại và nhiễu.
Việc thiếu điều khiển theo sơ đồ đơn giản nhất được mô tả ở trên là rõ ràng: có một kết nối điện vĩnh viễn của mạch điều khiển với mạch điện. Triac trong một số mạch cho phép nối một trong các cực của mạch điều khiển với dây trung tính. SCR chỉ cho phép một giải pháp như vậy bằng cách thêm một cầu đi-ốt vào mạch tải.
Kết quả là, năng lượng cung cấp cho tải giảm đi một nửa do điện áp được cung cấp cho tải chỉ trong một trong các chu kỳ của sóng hình sin chính. Trong thực tế, chúng ta có một thực tế là các mạch có điều khiển dòng điện một chiều bằng thyristor mà không có cách ly điện của các nút hầu như không bao giờ được sử dụng, trừ khi việc điều khiển, vì một số lý do chính đáng, phải được thực hiện theo cách này.
Một giải pháp điều khiển thyristor phổ biến là đặt điện áp vào điện cực cổng trực tiếp từ cực dương thông qua một điện trở bằng cách đóng công tắc trong vài micro giây. Chìa khóa ở đây có thể là bóng bán dẫn lưỡng cực điện áp cao, rơle nhỏ hoặc điện trở quang.
Cách tiếp cận này được chấp nhận ở điện áp anode tương đối cao, thuận tiện và đơn giản ngay cả khi tải chứa thành phần điện kháng. Nhưng cũng có một nhược điểm: các yêu cầu không rõ ràng đối với điện trở giới hạn dòng điện, phải có giá trị danh nghĩa nhỏ, để thyristor bật gần hơn với điểm bắt đầu của nửa chu kỳ sóng hình sin khi nó được bật lần đầu tiên, không phải ở điện áp nguồn bằng 0 (trong trường hợp không đồng bộ hóa), 310 volt cũng có thể đến với nó, nhưng dòng điện qua công tắc và qua điện cực điều khiển của thyristor không được vượt quá giá trị tối đa cho phép đối với chúng.
Thyristor tự mở đến điện áp Uop = Iop * Rlim. Do đó, tiếng ồn sẽ xảy ra và điện áp tải sẽ giảm nhẹ Điện trở tính toán của điện trở Rlim bị giảm bằng giá trị điện trở của mạch tải (bao gồm cả thành phần cảm ứng của nó) được mắc nối tiếp với điện trở tại thời điểm bật.
Nhưng trong trường hợp của các thiết bị sưởi ấm, thực tế là ở trạng thái lạnh, điện trở của chúng nhỏ hơn mười lần so với ở trạng thái được làm nóng đang hoạt động. Nhân tiện, do thực tế là trong triac, dòng điện bật cho nửa sóng dương và âm có thể hơi khác nhau, một thành phần hằng số nhỏ có thể xuất hiện trên tải.
Thời gian bật của SCR thường không quá 10 μs, do đó, để điều khiển công suất tải tiết kiệm, có thể áp dụng chuỗi xung có chu kỳ làm việc 5, 10 hoặc 20 cho các tần số 20, 10 và 5 kHz, tương ứng. Sức mạnh sẽ giảm từ 5 đến 20 lần.
Nhược điểm là như sau: thyristor có thể bật chứ không phải ở đầu nửa chu kỳ.Nó đầy sóng và tiếng ồn. Chưa hết, ngay cả khi việc bật xảy ra ngay trước khi bắt đầu tăng điện áp từ 0, tại thời điểm này, dòng điện của điện cực điều khiển có thể chưa đạt đến giá trị giữ, khi đó thyristor sẽ tắt ngay sau khi kết thúc quá trình bật. xung.
Kết quả là, trước tiên, thyristor sẽ bật và tắt trong khoảng thời gian ngắn cho đến khi dòng điện cuối cùng có dạng hình sin. Đối với các tải có thành phần cảm ứng, dòng điện có thể không đạt đến giá trị giữ, điều này đặt ra giới hạn thấp hơn cho thời lượng của các xung điều khiển và mức tiêu thụ điện năng sẽ không giảm nhiều.
Việc tách mạch điều khiển khỏi mạng được cung cấp bởi cái gọi là khởi động xung, có thể dễ dàng thực hiện bằng cách lắp đặt một biến áp cách ly nhỏ trên vòng ferit có đường kính nhỏ hơn 2 cm. của một máy biến áp như vậy phải cao, và không giống như bất kỳ máy biến áp xung công nghiệp nào ...
Để giảm đáng kể công suất cần thiết để điều khiển, cần phải sử dụng đến điều khiển chính xác hơn. Dòng cổng phải được tắt ngay khi bật thyristor. Khi đóng công tắc, thyristor bật và khi thyristor bắt đầu dẫn dòng điện, vi mạch ngừng cung cấp dòng điện qua điện cực điều khiển.
Cách tiếp cận này thực sự tiết kiệm năng lượng cần thiết để chạy thyristor. Nếu công tắc hiện đang đóng, điện áp cực dương vẫn không đủ, vi mạch sẽ không mở thyristor (điện áp phải cao hơn một nửa điện áp cung cấp của vi mạch). Điện áp bật có thể điều chỉnh lựa chọn điện trở tách.
Để điều khiển triac theo cách này, cần phải theo dõi cực tính, do đó, một khối gồm một cặp bóng bán dẫn và ba điện trở được thêm vào mạch, giúp cố định thời điểm điện áp vượt qua 0. Các kế hoạch phức tạp hơn nằm ngoài phạm vi của bài viết này.