Тиристори. Види та пристрій. Особливості та принцип дії. Застосування. Тиристорні комутатори змінного струму

1.1 Визначення, види тиристорів

1.2 Принцип дії

1.3 Параметри тиристорів

Глава 2. Застосування тиристорів у регуляторах потужності

2.1 Загальні відомості про різні регулятори

2.2 Процес управління напругою за допомогою тиристора

2.3 Керований випрямляч на тиристорі

Глава 3. Практичні розробки регуляторів потужності на тиристорах

3.1 Регулятор напруги на тиристорі КУ201К

3.2 Потужний керований випрямляч на тиристорах

Висновок

Література

Вступ

У цій роботі розглянуті кілька варіантів пристроїв, де використовуються елементи тиристори як регулятори напруги і як випрямлячі. Наведено теоретичний та практичний опис принципу дії тиристорів та пристроїв, схеми цих пристроїв.

Випрямляч, що керується, на тиристорах - елементах, що володіють великим коефіцієнтом посилення по потужності, дозволяє отримувати великі струми в навантаженні при незначній потужності, що витрачається в ланцюгу управління тиристора.

У цій роботі розглянуто два варіанти таких випрямлячів, які забезпечують максимальний струм у навантаженні до 6 А з межею регулювання напруги від 0 до 15 В і від 0,5 до 15 В та пристрій для регулювання напруги на навантаженні активного та індуктивного характеру, що живиться від мережі змінного струмунапругою 127 і 220 В з межами регулювання від 0 до номінальної напруги мережі.

Глава 1. Поняття про тиристора. Види тиристорів. Принцип дії

1.1 Визначення, види тиристорів

Тиристором називають напівпровідниковий прилад, основу якого складає чотиришарова структура, здатна перемикатися із закритого стану у відкритий і навпаки. Тиристори призначені для ключового керування електричними сигналами в режимі відкритого - закритого (керований діод).

Найпростішим тиристором є диністор – некерований перемикаючий діод, що є чотиришаровою структурою типу p-n-p-n(Рис. 1.1.2). Тут, як і в інших типів тиристорів, крайні n-p-n-переходи називаються емітерними, а середній p-n-перехід – колекторним. Внутрішні області структури, що лежать між переходами, називають базами. Електрод, що забезпечує електричний зв'язок із зовнішньою n-областю, називається катодом, а із зовнішньою p-областю – анодом.

На відміну від несиметричних тиристорів (диністоров, триністорів) у симетричних тиристорах зворотна гілка ВАХ має вигляд прямої гілки. Це досягається зустрічно-паралельним включенням двох однакових чотиришарових структур або застосуванням п'ятишарових структур із чотирма p-n-переходами (симістори).

Рис. 1.1.1 Позначення на схемах: а) симістора б) диністора в) триністора.

Рис. 1.1.2 Структура диністору.

Рис. 1.1.3 Структура тріністора.

1.2 Принцип дії

При включенні диністора за схемою, наведеною на рис. 1.2.1 колекторний p-n-перехід закритий, а емітерні переходи відкриті. Опір відкритих переходів малі, тому майже вся напруга джерела живлення прикладена до колекторного переходу, що має високий опір. І тут через тиристор протікає малий струм (ділянка 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включення до ланцюга некерованого тиристора (диністора).

Рис. 1.2.2. Схема включення до ланцюга керованого тиристора (триністора).

Рис.1.2.3. Вольтамперна характеристика диністора.

Рис.1.2.4. Вольтамперна характеристика тиристора.

Якщо збільшувати напругу джерела живлення, струм тиристора збільшується незначно, доки ця напруга не наблизиться до деякого критичного значення, що дорівнює напруги включення Uвкл. При напрузі Uвкл у диністорі створюються умови для лавинного розмноження носіїв заряду області колекторного переходу. Відбувається оборотний електричний пробій колекторного переходу (дільниця 2 на рис. 1.2.3). У n-області колекторного переходу утворюється надмірна концентрація електронів, а p-області - надлишкова концентрація дірок. Зі збільшенням цих концентрацій знижуються потенційні бар'єри всіх переходів диністора. Зростає інжекція носіїв через емітерні переходи. Процес має лавиноподібний характер і супроводжується перемиканням колекторного переходу у відкритий стан. Зростання струму відбувається одночасно із зменшенням опорів усіх областей приладу. Тому збільшення струму через прилад супроводжується зменшенням напруги між анодом та катодом. На ВАХ ця ділянка позначена цифрою 3. Тут прилад має негативний диференціальний опір. Напруга на резистори зростає і відбувається перемикання диністора.

Після переходу колекторного переходу у відкритий стан ВАХ має вигляд, що відповідає прямій галузі діода (ділянка 4). Після перемикання напруга на диністорі знижується до 1 В. Якщо й далі збільшувати напругу джерела живлення або зменшувати опір резистора R, то спостерігатиметься зростання вихідного струму, як у звичайній схемі з діодом при прямому включенні.

При зменшенні напруги джерела живлення відновлюється високий опір колекторного переходу. Час відновлення опору цього переходу може становити десятки мікросекунд.

Напруга Uвкл при якому починається лавиноподібне наростання струму, може бути знижене введенням основних носіїв заряду в будь-який з шарів, прилеглих до колекторного переходу. Додаткові носії заряду вводяться в тиристорі допоміжним електродом, що живиться від незалежного джерела напруги керування (Uупр). Тиристор з допоміжним електродом, що управляє, називається тріодним, або триністорним. Насправді під час використання терміна «тиристор» мається на увазі саме елемент. Схему включення такого тиристора показано на рис. 1.2.2. Можливість зниження напруги U при зростанні струму управління показує сімейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Якщо до тиристору докласти напругу живлення, протилежної полярності (рис. 1.2.4), то емітерні переходи виявляться закритими. В цьому випадку ВАХ тиристора нагадує зворотну галузь характеристики звичайного діода. При дуже великих зворотних напругах спостерігається незворотний пробій тиристора.

П'ятниця, 20 липня 2012 10:00:00

Принцип дії тиристора

Тиристор є силовим електронним ключем, що не повністю керується. Тому іноді в технічній літературі його називають одноопераційним тиристором, який може сигналом управління переводитися тільки в провідний стан, тобто включатись. Для його вимикання (при роботі на постійному струмі) необхідно вживати спеціальних заходів, що забезпечують спадання прямого струму до нуля.

Тиристорний ключ може проводити струм тільки в одному напрямку, а в закритому стані здатний витримати як пряму, так і зворотну напругу.

Тиристор має чотиришарову p-n-p-n-структуру з трьома висновками: анод (A), катод (C) та керуючий електрод (G), що відображено на рис. 1

Рис. 1. Звичайний тиристор: a) - умовно-графічне позначення; б) – вольтамперна характеристика.

На рис. 1 b представлено сімейство вихідних статичних ВАХ при різних значеннях струму управління iG. Гранична пряма напруга, яка витримується тиристором без його включення, має максимальні значення при iG = 0. При збільшенні струму iG пряма напруга, що витримується тиристором, знижується. Включений стан тиристора відповідає гілка II, виключеному - гілка I, процесу включення - гілка III. Утримуючий струм або струм утримання дорівнює мінімально допустимому значенню прямого струму iA , при якому тиристор залишається у провідному стані. Цьому значенню відповідає мінімально можливе значення прямого падіння напруги на включеному тиристорі.

Гілка IV є залежність струму витоку від зворотної напруги. При перевищенні зворотної напруги значення UBO починається різке зростання зворотного струму, пов'язане з пробоєм тиристора. Характер пробою може відповідати незворотному процесу або лавинного пробою, властивого роботі напівпровідникового стабілітрона.

Тиристори є найбільш потужними електронними ключамиздатними комутувати ланцюги з напругою до 5 кВ і струмами до 5 кА при частоті не більше 1 кГц

Конструктивне виконання тиристорів наведено на рис. 2.

Рис. 2. Конструкція корпусів тиристорів: а) – таблеткова; б) - штирьова

Тиристор у ланцюгу постійного струму

Включення звичайного тиристора здійснюється подачею імпульсу струму в ланцюг управління позитивної щодо катода полярності. На тривалість перехідного процесу при включенні значний вплив мають характер навантаження (активний, індуктивний та ін.), Амплітуда і швидкість наростання імпульсу струму управління iG температура напівпровідникової структури тиристора, прикладена напруга і струм навантаження. У ланцюзі, що містить тиристор, не повинно виникати неприпустимих значень швидкості наростання прямої напруги duAC/dt, при яких може статися мимовільне включення тиристора за відсутності сигналу управління iG і швидкості наростання diA/dt струму. У той же час крутість сигналу керування має бути високою.

Серед способів вимикання тиристорів прийнято розрізняти природне виключення (або природну комутацію) та примусове (або штучну комутацію). Природна комутація відбувається під час роботи тиристорів у ланцюгах змінного струму на момент спадання струму до нуля.

Способи примусової комутації дуже різноманітні. Найбільш характерні їх наступні: підключення попередньо зарядженого конденсатора З ключом S (рис 3, а); підключення LC-ланцюга із попередньо зарядженим конденсатором CK (рис 3 б); використання коливального характеру перехідного процесу ланцюга навантаження (рис 3, в).

Рис. 3. Способи штучної комутації тиристорів: а) - за допомогою зарядженого конденсатора; б) - за допомогою коливального розряду LC-контуру; в) - рахунок коливального характеру навантаження

При комутації за схемою на рис. 3,а підключення комутуючого конденсатора зі зворотною полярністю, наприклад іншим допоміжним тиристором, викличе його розряд на провідний тиристор. Оскільки розрядний струм конденсатора спрямований зустрічно прямому струму тиристора, останній знижується до нуля і тиристор вимкнеться.

У схемі на рис. 3,б підключення LC-контуру викликає коливальний розряд конденсатора, що комутує Ск. При цьому спочатку розрядний струм протікає через тиристор зустрічно його прямому струму, коли вони стають рівними, тиристор вимикається. Далі струм LC-контуру переходить з тиристора VS в діод VD. Поки через діод VD протікає струм контуру, до тиристора VS буде додана зворотна напруга, що дорівнює падінню напруги на відкритому діоді.

У схемі на рис. 3, включення тиристора VS на комплексне RLC-навантаження викликає перехідний процес. При певних параметрах навантаження цей процес може мати коливальний характер із зміною полярності струму навантаження iн. У цьому випадку після вимкнення тиристора VS відбувається включення діода VD, який починає проводити струм протилежної полярності. Іноді цей спосіб комутації називається квазіприродним, оскільки він пов'язаний із зміною полярності струму навантаження.

Тиристор в ланцюгу змінного струму

При включенні тиристора в ланцюг змінного струму можливе здійснення наступних операцій:

• включення та відключення електричного ланцюгаз активним та активно-реактивним навантаженням;
• зміна середнього та діючого значень струму через навантаження за рахунок того, що є можливість регулювати момент подачі сигналу керування.

Оскільки тиристорний ключ здатний проводити електричний струмтільки в одному напрямку, то для використання тиристорів на змінному струмі застосовується їхнє зустрічно-паралельне включення (рис. 4,а).

Рис. 4. Зустрічно-паралельне включення тиристорів (а) та форма струму при активному навантаженні (б)

Середнє і діє значення струму варіюються рахунок зміни моменту подачі на тиристори VS1 і VS2 сигналів, що відкривають, тобто. рахунок зміни кута і (рис. 4,б). Значення цього кута для тиристорів VS1 та VS2 під час регулювання змінюється одночасно за допомогою системи керування. Кут називається кутом керування або кутом відмикання тиристора.

Найбільш широке застосуванняу силових електронних апаратах отримали фазове (рис. 4, а, б) та широтно-імпульсне управління тиристорами (рис. 4, в).

Рис. 5. Вид напруги на навантаженні при: а) - фазовому управлінні тиристором; б) - фазовому управлінні тиристором із примусовою комутацією; в) - широтно-імпульсному управлінні тиристором

При фазовому методі керування тиристором з примусовою комутацією регулювання струму навантаження можливе як рахунок зміни кута α, так і кута θ. Штучна комутація здійснюється за допомогою спеціальних вузлів або при використанні повністю керованих (замикаються) тиристорів.

При широтно-імпульсному управлінні (широтно-імпульсної модуляції - ШІМ) протягом часу Тоткр на тиристори подано сигнал, що управляє, вони відкриті і до навантаження прикладена напруга Uн. Протягом часу Тзакр сигнал відсутня і тиристори знаходяться в непровідному стані. Чинне значення струму в навантаженні

де Iн.м. - Струм навантаження при Тзакр = 0.

Крива струму в навантаженні при фазовому управлінні тиристорами несинусоїдальна, що викликає спотворення форми напруги мережі живлення та порушення в роботі споживачів, чутливих до високочастотних перешкод - виникає так звана електромагнітна несумісність.

Тиристори, що замикаються

Тиристори є найбільш потужними електронними ключами, що використовуються для комутації високовольтних та сильноточних (сильнострумових) ланцюгів. Однак вони мають істотний недолік- Неповну керованість, яка проявляється в тому, що для їх вимикання необхідно створити умови зниження прямого струму до нуля. Це у багатьох випадках обмежує та ускладнює використання тиристорів.

Для усунення цього недоліку розроблені тиристори, що замикаються сигналом по електроду G, що управляє. Такі тиристори називають замикаються (GTO - Gate turn-off thyristor) або двоопераційними.

Тиристори (ЗТ), що замикаються, мають чотиришарову. р-п-р-п структуру, але в той же час мають ряд істотних конструктивних особливостей, що надають їм важливо від традиційних тиристорів - властивість повної керованості. Статична ВАХ замикаються тиристорів у прямому напрямку ідентична ВАХ звичайних тиристорів. Однак блокувати великі зворотні напруги тиристор, що замикається, зазвичай не здатний і часто з'єднується з зустрічно-паралельно включеним діодом. Крім того, для тиристорів, що замикаються, характерні значні падіння прямої напруги. Для вимикання тиристора, що замикається, необхідно подати в ланцюг керуючого електрода потужний імпульс негативного струму (приблизно 1:5 по відношенню до значення прямого струму, що вимикається), але короткої тривалості (10-100 мкс).

Тиристори, що замикаються, також мають нижчі значення граничних напруг і струмів (приблизно на 20-30 %) порівняно зі звичайними тиристорами.

Основні типи тиристорів

Крім тиристорів, що замикаються, розроблена широка гамма тиристорів різних типів, що відрізняються швидкодією, процесами управління, напрямом струмів у провідному стані і т.д. Серед них слід зазначити такі типи:

• тиристор-діод, який еквівалентний тиристору із зустрічно-паралельно включеним діодом (рис. 6.12,a);
• діодний тиристор (диністор), що переходить у провідний стан при перевищенні певного рівня напруги, прикладеного між А і С (рис. 6, b);
• тиристор, що замикається (рис. 6.12,c);
• симетричний тиристор або симистор, що еквівалентний двом зустрічно-паралельно включеним тиристорам (рис. 6.12,d);
• швидкодіючий інверторний тиристор (час вимкнення 5-50 мкс);
• тиристор з польовим управлінням з керуючого електрода, наприклад, на основі комбінації МОП-транзистора з тиристором;
• оптотиристор, керований світловим потоком.

Рис. 6. Умовно-графічне позначення тиристорів: a) - тиристор-діод; b) - діодний тиристор (диністор); c) - тиристор, що замикається; d) - Сімістор

Захист тиристорів

Тиристори є приладами, критичними до швидкостей наростання прямого струму diA/dt та прямої напруги duAC/dt. Тиристорам, як і діодам, властиве явище перебігу зворотного струму відновлення, різке спадання якого до нуля посилює можливість виникнення перенапруг з високим значенням duAC/dt. Такі перенапруги є наслідком різкого припинення струму в елементах індуктивних схеми, включаючи малі індуктивності монтажу. Тому захисту тиристорів зазвичай використовують різні схеми ЦФТП, які у динамічних режимах здійснюють захист від неприпустимих значень diA/dt і duAC/dt.

У більшості випадків внутрішній індуктивний опір джерел напруги, що входять до ланцюга включеного тиристора, виявляється достатнім, щоб не вводити додаткову індуктивність LS . Тому на практиці частіше виникає необхідність у ЦФТП, що знижують рівень та швидкість перенапруг при виключенні (рис. 7).

Рис. 7. Типова схема захисту тиристора

Для цієї мети зазвичай використовують RC-ланцюги, що підключаються паралельно тиристору. Існують різні схемотехнічні модифікації RC-ланцюгів та методики розрахунку їх параметрів для різних умоввикористання тиристорів.

Для тиристорів, що замикаються, застосовуються ланцюги формування траєкторії перемикання, аналогічних за схемотехнікою ЦФТП транзисторів.

♠ Система управління тиристорами в ланцюгах змінного і пульсуючого струму використовує, синхронізовану з мережею, нескінченну серію імпульсів, що управляють, і здійснює зсув фази фронтів управляючих імпульсів щодо переходу напруги мережі через нуль.
Сформований спеціальним пристроєм керуючий імпульс подається на перехід керуючий електрод - катод тиристора, яким і підключає електричну мережуу навантаження.
Розберемо роботу такої системи на прикладі регулятора температури тиску електричного паяльника потужністю до 100 ват і напругою 220 вольт . Схема цього пристрою зображена на рис 1.

♠ Регулятор температури електричного паяльника в мережі змінного струму 220 вольт, складається з діодного містка на КЦ405А, тиристора КУ202Н, Стабілітрон, вузла формування імпульсів управління.
За допомогою містка змінна напруга перетворюється на пульсуючу напругу (Umax = 310 B)позитивної полярності (точка Т1).

Вузол формування складається:
- Стабілітрон, формує за кожен напівперіод трапецеподібну напругу (точка Т2);
- тимчасовий зарядно-розрядний ланцюжок R2, R3, C;
- аналог диністора Тр1, Тр2.

З резистора R4знімається напруга імпульсу для запуску тиристора (Точка 4).

На графіках (рис 2)показаний процес формування напруг у точках Т1 – Т5при зміні змінного резистораR2від нуля до максимуму.

Через резистор R1пульсуюча напруга мережі надходить на стабілітрон КС510.
На стабілітроні формується напруга трапецеподібної форми завбільшки 10 вольт (точка Т2). Воно визначає початок та кінець ділянки регулювання.

♠ Параметри тимчасового ланцюжка (R2, R3, C)підібрані так, щоб за час одного напівперіоду конденсатор Звстиг зарядитись повністю.
З початком переходу напруги мережі Ucчерез нуль, з появою трапецеїдальної напруги, починає зростати напруга на конденсаторі З. При досягненні напруги на конденсаторі Uк = 10 вольт, пробивається аналог тиристора (Тр1, Тр2). Конденсатор Зчерез аналог розряджається на резистор R4і, включений паралельно йому, перехід Уе – Ктиристора (точка Т3)та включає тиристор.
Тиристор КУ202пропускає основний струм навантаження по ланцюгу: мережа – КЦ405 – спіраль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – запобіжник – мережа.
Резистори R5 - R6служать стійкої роботи устройства.

♠ Запуск вузла керування автоматично синхронізується з напругою Ucмережі.
Стабілітрон може бути Д814В,Г,Д. або КС510, КС210на напругу 9 - 12 вольт.
Змінний резистор R2 - 47 - 56 Компотужністю не менше 0,5 ват.
Конденсатор С - 0,15 - 0,22 мкФ, не більше.
Резистор R1– бажано набрати із трьох резисторів по 8,2 Кім, двох ватних, щоб не сильно нагрівалися.
Транзистори Тр1, Тр2 - пари КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502Ата ін.

♠ Якщо регульована потужність не перевищить 100 ватможна використовувати тиристор без радіатора. Якщо потужність навантаження більше 100 ватнеобхідний радіатор площею 10 - 20 см.кв.
♠ У цьому імпульсно-фазовому методі імпульс запуску для тиристора виробляється в межах всього напівперіоду.
Тобто. відбувається регулювання потужності майже від нуля до 100%, при регулюванні фазового кута. від а=0 до а=180градусів.
На графіках у точці №5показані форми напруги на навантаженні при вибіркових фазових кутах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18градусів.
При значенні а = 160 градусів, тиристор закритий майже під час проходження напівперіоду мережевої напруги(Потужність у навантаженні дуже мала).
При значенні а = 18 градусів, тиристор відкритий майже під час дії напівперіоду (потужність у навантаженні дорівнює майже 100% ).
У графіках у точці №4під час відкриття тиристора, разом з появою імпульсу, що запускає, додається падіння напруги на відкритому тиристорі ( Uпна графіку у точці №4).

Усі показані епюри напруг у точках Т1 - Т5щодо точки Т6можна подивитися на осцилографі.

Тиристор в ланцюзі змінного струму. Фазовий метод.

♦ Відомо, що електричний струм у побутовому та промислової мережізмінюється за синусоїдальним законом. Форма змінного електричного струму частотою 50 герц, представлена ​​на рис 1 а).

За один період, цикл, напруга змінює своє значення: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
Якщо уявити найпростіший генератор змінного струму (рис 1 б)з однією парою полюсів, де отримання синусоїдального змінного струму визначає поворот рамки ротора за один оборот, кожне положення ротора в певний час періоду відповідає певній величині вихідної напруги.

Або, кожному значенню величини синусоїдальної напруги за період відповідає певний кут α поворот рамки. Фазовий кут α , Це кут, що визначає значення періодично змінюється величини в даний момент часу.

У момент фазового кута:

• α = 0° напруги U = 0;
• α = 90°напруга U = +Umax;
• α=180°напруга U = 0;
• α = 270 °напруга U = - Umax;
• α = 360 °напруга U=0.

♦ Регулювання напруги за допомогою тиристора у ланцюгах змінного струму якраз і використовує ці особливості синусоїдального змінного струму.
Як згадувалося раніше у статті « »: тиристор, це напівпровідниковий прилад, що працює за законом керованого електричного вентиля. Він має два стійкі стани. У певних умовах може мати провідний стан (відкритий)та непровідний стан (закритий).
♦ Тиристор має катод, анод та керуючий електрод. За допомогою керуючого електрода можна змінювати електричний стантиристора, тобто змінювати електричні параметривентиля.
Тиристор може пропускати електричний струм лише в одному напрямку. від анода до катода (симістор пропускає струм обох напрямах).
Тому, для роботи тиристора, змінний струм необхідно перетворити (випрямити за допомогою діодного містка) на пульсуючу напругу позитивної полярності з переходом напруги через нуль, як на Рис 2.

♦ Спосіб керування тиристором зводиться до того, щоб у момент часу t(під час дії напівперіоду Uс) через перехід Уе – К, пройшов струм увімкнення Iвклтиристора.

З цього моменту через тиристор йде основний струм катод – анод, до наступного переходу напівперіоду через нуль, коли тиристор закриється.
Струм включення Iвклтиристора можна отримати у різний спосіб.
1. За рахунок струму, що протікає через: +U - R1 - R2 - Уе - K - -U (на схемі рис 3) .
2. Від окремого вузла формування керуючих імпульсів та подачі їх між керуючим електродом та катодом.

♦ У першому випадку струм керуючого електрода протікає через перехід Уе - К,поступово збільшується (наростаючи разом із напругою Uс), поки не досягне величини Iвкл. Тиристор відкриється.

фазовим методом.

♦ У другому випадку сформований у спеціальному пристрої, короткий імпульс у потрібний момент часу подається на перехід Уе – К, від якого тиристор відкривається

Такий спосіб керування тиристором називається імпульсно - фазовим методом .
В обох випадках струм, що управляє включенням тиристора, повинен бути синхронізований з початком переходу напруги Uс через нуль.
Дія електрода, що управляє, зводиться до управління моментом включення тиристора.

Фазовий метод керування тиристором.

♦ Спробуємо на простому прикладі тиристорного регулятора освітлення (схема на рис.3) розібрати особливості роботи тиристора в ланцюзі змінного струму.

Після випрямляючого містка напруга є пульсуючою напругою, що змінюється у вигляді:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, як на рис.2

♦ Початок керування тиристором зводиться до наступного.
У разі зростання напруги мережі Uс, від моменту переходу напруги через нуль, в ланцюзі електрода, що управляє, з'являється струм управління Iуппо ланцюгу:
+U - R1 - R2 - Уе - К - -U.
Зі зростанням напруги Uсзростає і струм управління Iуп(Керуючий електрод - катод).

При досягненні струму керуючого електрода величини Iвкл, тиристор вмикається (відкривається) і замикає точки +U та –Uна схемі.

Падіння напруги на відкритому тиристорі (анод - катод) становить 1,5 – 2,0 вольта. Струм керуючого електрода впаде майже до нуля, а тиристор залишиться у провідному стані до моменту, коли напруга Uсмережі не впаде до нуля.
З дією нового напівперіоду напруги мережі все повториться спочатку.

♦ У ланцюгу протікає тільки струм навантаження, тобто струм через лампочку Л1 по ланцюгу:
Uс – запобіжник – діодний міст – анод – катод тиристора – діодний міст – лампочка Л1 – Uс.
Лампочка буде загорятисяз кожним напівперіодом напруги і тухнути при переході напруги через нуль.

Проведемо невеликі обчислення для прикладу рис.3. Використовуємо дані елементів як у схемі.
За довідником для тиристора КУ202Нструм увімкнення Iвкл = 100 мА. Насправді ж він набагато менший і становить 10 - 20 мА,залежно від екземпляра.
Візьмемо для прикладу Iвкл = 10 мА .
Управління моментом увімкнення (регулювання яскравості) відбувається шляхом зміни величини змінного опорурезистора R1. Для різних значень резистора R1, будуть різні напруги пробою тиристора. При цьому момент включення тиристора змінюватиметься в межах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовий кут α змінюється в межах від а = 10, до а = 90градусів.
Приблизний результат цих обчислень наведено Рис. 4.

♦ Заштрихована частина синусоїди відповідає потужності, що виділяється на навантаженні.
Регулювання потужності фазовим методом, можливе лише у вузькому діапазоні кута управління від a = 10 °, до а = 90 °.
Тобто в межах від 90% до 50%потужності, що виділяється на навантаженні.

Початок регулювання від фазового кута а = 10градусів пояснюється тим, що в момент часу t=0 – t=1, Струм в ланцюгу керуючого електрода ще не досяг значення Iвкл(Uс не досягло величини 20 вольт).

Всі ці умови здійсненні у разі, якщо у схемі немає конденсатора З.
Якщо поставити конденсатор З(у схемі рис 2), діапазон регулювання напруги (фазового кута) зміститься вправо як на рис.5.

Це пояснюється тим, що спочатку (t = 0 - t = 1), весь струм йде на зарядку конденсатора З, напруга між Уе та К тиристора дорівнює нулю і він не може включитися.

Як тільки конденсатор зарядиться, струм піде через електрод, що управляє - катод, тиристор включиться.

Кут регулювання залежить від ємності конденсатора і зсувається приблизно від а = 30 до а = 120градусів (при ємності конденсатора 50 мкФ). Як перевірити тиристор?

На своєму блозі я розмістив розсилку на безкоштовні уроки на тему: .
У цих уроках я, у популярній формі, постарався якомога простіше викласти суть роботи тиристора: як він влаштований, як працює в ланцюзі постійного та змінного струму. Привів багато схем, що діють, на тиристорах і динисторах.

У цьому уроці, на прохання передплатників, наводжу кілька прикладів перевірки тиристора на цілісність

Як перевірити тиристор?

Попередня перевірка тиристора проводиться за допомогою тестера-омметра або цифрового мультиметра.
Перемикач цифрового мультиметра має стояти у положенні перевірки діодів.
За допомогою омметра або мультиметра перевіряються переходи тиристора: керуючий електрод - катодта перехід анод – катод.
Опір переходу тиристора, керуючий електрод – катод, має бути в межах 50 - 500 Ом.
У кожному випадку величина цього опору має бути приблизно однакова при прямому та зворотному вимірі. Чим більша величина цього опору, тим чутливіший тиристор.
Іншими словами, буде менше величина струму керуючого електрода, при якому тиристор переходить із закритого стану у відкритий стан.
У справного тиристора величина опору переходу анод – катод, при прямому та зворотному вимірі, має бути дуже великий, тобто має «нескінченну» величину.
Позитивний результат цієї попередньої перевірки ще ні про що не говорить.
Якщо тиристор вже стояв десь у схемі, він може бути «прогорів» перехід анод — катод. Цю несправність тиристора мультиметром не визначиш.

Основну перевірку тиристора слід проводити, використовуючи додаткові джерела живлення. І тут повністю перевіряється робота тиристора.
Тиристор перейде у відкритий стан у тому випадку, якщо через перехід, катод – електрод, що управляє, пройде короткочасний імпульс струму, достатній для відкриття тиристора.

Такий струм можна отримати двома способами:
1. Використовувати основне джерело живлення та резистор R, як на малюнку №1.
2. Використовувати додаткове джерело напруги, що управляє, як на малюнку №2.

Розглянемо схему перевірки тиристора малюнку №1.
Можна виготовити невелику випробувальну плату, на якій розмістити дроти, індикаторну лампочку та кнопки перемикання.

Проведемо перевірку тиристора під час живлення схеми постійним струмом.

Як навантажувальний опір і наочний індикатор роботи тиристора, застосуємо малопотужну електричну лампочку на відповідну напругу.
Величина опору резистора Rвибирається з розрахунку, щоб струм, що протікає через електрод, що управляє - катод, був достатнім для включення тиристора.
Струм управління тиристором пройде ланцюжком: плюс (+) – замкнута кнопка Кн1 – замкнута кнопка Кн2 – резистор R – керуючий електрод – катод – мінус (-).
Струм управління тиристора для КУ202 за довідником дорівнює 0,1 ампера. Насправді, струм включення тиристора, десь 20 – 50 міліампер і навіть менше. Візьмемо 20 міліампер, або 0,02 ампера.
Основним джерелом живлення може бути будь-який випрямляч, акумулятор або комплект батарей.
Напруга може бути будь-якою, від 5 до 25 вольт.
Визначимо опір резистора R.
Візьмемо до розрахунку джерело харчування U = 12 вольт.
R = U: I = 12 В: 0,02 А = 600 Ом.
Де: U – напруга джерела живлення; I – струм у ланцюзі керуючого електрода.

Величина резистора R дорівнюватиме 600 Ом.
Якщо напруга джерела буде, наприклад, 24 Вольта, відповідно R = 1200 Ом.

Схема малюнку №1 працює в такий спосіб.

У вихідному стані тиристор закритий, електрична лампочкане горить. Схема в такому стані може перебувати скільки завгодно довго. Натисніть кнопку Кн2 і відпустимо. По ланцюгу електрода, що управляє, піде імпульс струму управління. Тиристор відкриється. Лампочка горітиме, навіть якщо буде обірвано ланцюг керуючого електрода.
Натиснемо та відпустимо кнопку Кн1. Ланцюг струму навантаження, що проходить через тиристор, обірветься і тиристор закриється. Схема прийде у вихідний стан.

Перевіримо роботу тиристора в ланцюзі змінного струму.

Замість джерела постійної напруги U включимо змінну напругу 12 вольт, від якогось трансформатора (рисунок №2).

У вихідному стані лампочка не горітиме.
Натисніть кнопку Кн2. При натиснутій кнопці лампочка світиться. При віджатій кнопці тухне.
При цьому лампочка горить "в підлогу - розжарення". Це тому, що тиристор пропускає лише позитивну напівхвилю змінної напруги.
Якщо замість тиристора перевірятимемо симістор, наприклад КУ208, то лампочка горітиме в повний розжар. Симистор пропускає обидві напівхвилі змінної напруги.

Як перевірити тиристор від окремого джерела напруги, що управляє?

Повернемося до першої схеми перевірки тиристора, від джерела постійної напруги, але дещо видозмінивши її.

Дивимося малюнок №3.

У цій схемі струм електрода, що управляє, подається від окремого джерела. Як його можна використовувати плоску батарейку.
При короткочасному натисканні на кнопку Кн2 лампочка так само загориться, як і у випадку на малюнку №1. Струм керуючого електрода повинен бути не менше 15 - 20 міліампер. Замикається тиристор, також натисканням кнопки Кн1.

4. Урок №4 - «Тиристор у ланцюзі змінного струму. Імпульсно - фазовий метод»

5. Урок №5 «Тиристорний регулятор у зарядному пристрої»

У цих уроках, у простій та зручній формі, викладаються основні відомості з напівпровідникових приладів: диністорів та тиристорів.

Що таке диністор і тиристор, види тиристорів та їх вольт — амперні характеристики, робота диністорів і тиристорів у ланцюгах постійного та змінного струму, транзисторні аналоги диністора та тиристора.

А також: способи управління електричною потужністюзмінного струму, фазовий та імпульсно-фазовий методи.

Кожен теоретичний матеріал підтверджується практичними прикладами.
Наводяться діючі схеми: релаксаційного генератора та фіксованої кнопки, реалізованих на диністорі та його транзисторному аналогу; схема захисту від короткого замиканняв стабілізаторі напруги та багато іншого.

Особливо цікава для автолюбителів схема зарядного пристроюдля акумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Наводяться епюри форми напруги в робочих точках діючих пристроїв керування змінною напругоюпри фазовому та імпульсно-фазовому методах.

Щоб отримати ці безкоштовні уроки, підпишіться на розсилку, заповніть форму передплати та натисніть кнопку «Підписатися».

Принцип дії тиристора

Тиристор є силовим електричним ключем не повністю керованим. Тому іноді в технічній літературі його називають однооперационным тиристором, який може сигналом управління переводитися тільки в провідний стан, тобто включатися. Для його виключення (при роботі на постійному струмі) необхідно вживати особливих заходів, що забезпечують спадання прямого струму до нуля.

Тиристорний ключ може проводити струм виключно в одному напрямку, а в закритому стані здатний витримати як пряму, так і зворотну напругу.

Тиристор має чотиришарову p-n-p-n-структуру з трьома висновками: анод (A), катод (C) і керуючий електрод (G), що відображено на рис. 1

Рис. 1. Звичайний тиристор: a) - умовно-графічне позначення; б) - вольтамперна характеристика.

На рис. 1, b представлено сімейство вихідних статичних ВАХ при різних значенняхструму керування iG. Гранична пряма напруга, яка витримується тиристором без його включення, має найбільші значення при iG = 0. При збільшенні струму iG пряма напруга, що витримується тиристором, знижується. Включеному стану тиристора відповідає гілка II, виключеному - гілка I, процесу включення - гілка III. Утримуючий струм чи струм утримання дорівнює мало допустимому значенню прямого струму iA , у якому тиристор залишається у провідному стані. Цьому значенню відповідає мало ймовірне значення прямого падіння напруги на включеному тиристорі.

Гілка IV є залежність струму витоку від зворотного напруги. При перевищенні оборотної напруги значення UBO починається різке зростання оборотного струму, пов'язане з пробоєм тиристора. Характер пробою може відповідати незворотному процесу або процесу лавинного пробою, характерного для роботи напівпровідникового стабілітрона.

Тиристори є сильнішими електричними ключами, здатними комутувати ланцюги з напругою до 5 кВ та струмами до 5 кА за частоти менше 1 кГц.

Конструктивне виконання тиристорів наведено на рис. 2.

Рис. 2. Конструкція корпусів тиристорів: а) – пігулкова; б) – штирева

Тиристор у ланцюгу постійного струму

Включення звичайного тиристора здійснюється подачею імпульсу струму в ланцюг управління позитивної, щодо катода, полярності.На тривалість перехідного процесу при включенні істотно впливають характер навантаження (активний, індуктивний та ін.), Амплітуда і швидкість наростання імпульсу струму управління iG, температура напівпровідникової структури тиристора, прикладена напруга і струм навантаження. У ланцюзі, що містить тиристор, не повинно з'являтися неприпустимих значень швидкості наростання прямої напруги duAC/dt, при яких може статися мимовільне включення тиристора за відсутності сигналу управління iG та швидкості наростання diA/dt струму. У той же час крутість сигналу управління має бути найвищою.

Серед способів вимикання тиристорів прийнято розрізняти природне виключення (чи природну комутацію) і примусове (чи штучну комутацію). Природна комутація відбувається під час роботи тиристорів у ланцюгах змінного струму на момент спадання струму до нуля.

Методи примусової комутації дуже різноманітні. Найбільш характерні їх наступні: підключення попередньо зарядженого конденсатора З ключем S (рис 3, а); підключення LC-ланцюга із попередньо зарядженим конденсатором CK (рис 3 б); Використання коливального характеру перехідного процесу в ланцюзі навантаження (рис 3, в).

Рис. 3. Методи штучної комутації тиристорів: а) – засобом зарядженого конденсатора; б) – за допомогою коливального розряду LC-контуру; в) – рахунок коливального характеру навантаження

При комутації за схемою на рис. 3,а підключення комутувального конденсатора з оборотною полярністю, наприклад іншим допоміжним тиристором, викличе його розряд на провідний тиристор. Тому що розрядний струм конденсатора орієнтований зустрічно прямому струму тиристора, останній знижується до нуля і тиристор вимкнеться.

У схемі на рис. 3,б підключення LC-контуру викликає коливальний розряд конденсатора, що комутує Ск. При цьому спочатку розрядний струм протікає через тиристор зустрічно його прямому струму, коли вони стають рівними, тиристор вимикається. Далі струм LC-контуру переходить з тиристора VS в діод VD. Поки через діодик VD протікає струм контуру, до тиристора VS буде додана оборотна напруга, що дорівнює падінню напруги на відкритому діодику.

У схемі на рис. 3, включення тиристора VS на всеохоплюючу RLC-навантаження викликає перехідний процес. При певних параметрах навантаження цей процес може мати коливальний характер зі зміною полярності струму навантаження iн. У разі після вимкнення тиристора VS відбувається включення діодика VD, який починає проводити струм зворотної полярності. Іноді цей спосіб комутації називається квазиприродним, оскільки він пов'язані з зміною полярності струму навантаження.

Тиристор в ланцюгу змінного струму

При включенні тиристора в ланцюг змінного струму можливо здійснення наступних операцій:

Включення та відключення електронного ланцюга з активним та активно-реактивним навантаженням;

зміна середнього та діючого значень струму через навантаження за рахунок того, що є можливість регулювати момент подачі сигналу керування.

Тому що тиристорний ключ здатний проводити електронний струм виключно в одному напрямку, то для використання тиристорів на змінному струмі застосовується їхнє зустрічно-паралельне включення (рис. 4,а).

Рис. 4. Зустрічно-паралельне включення тиристорів (а) та форма струму при активному навантаженні (б)

Середнє та діюче значення струму варіюються рахунок зміни моменту подачі на тиристори VS1 і VS2 відкривають сигналів, тобто. рахунок зміни кута і (рис. 4,б). Значення цього кута для тиристорів VS1 і VS2 під час регулювання змінюються відразу за допомогою системи керування. Кут називається кутом управління чи кутом отпирания тиристора.

Найбільш широке застосування силових електричних апаратівотримали фазове (рис. 4, а, б) та широтно-імпульсне керування тиристорами(Рис. 4, в).

Рис. 5. Вид напруги на навантаженні при: а) фазовому управлінні тиристором; б) - фазовому управлінні тиристором з примусовою комутацією; в) - широтно-імпульсному управлінні тиристором

При фазовому способі керування тиристором з примусовою комутацієюрегулювання струму навантаження можливо як рахунок конфігурації кутаα , так і кута θ . Штучна комутація здійснюється за допомогою спеціальних вузлів або при використанні повністю керованих (замикаються) тиристорів.

При широтно-імпульсному управлінні (широтно-імпульсної модуляції – ШІМ)протягом часу Тоткр на тиристори поданий сигнал, що управляє, вони відкриті і до навантаження прикладено напругу Uн. Протягом часу Тзакр сигнал відсутня і тиристори знаходяться в непровідному стані. Чинне значення струму в навантаженні

де Iн.м. - Струм навантаження при Тзакр = 0.

Крива струму в навантаженні при фазовому управлінні тиристорами несинусоїдальна, що викликає спотворення форми напруги мережі живлення і порушення в роботі споживачів, чутливих до частотних перешкод - утворюється так звана електрична несумісність.

Тиристори, що замикаються

Тиристори є сильнішими електричними ключами, що застосовуються для комутації високовольтних та сильноточних (сильнострумових) ланцюгів.Але вони мають значний недолік - неповну маневреність, яка проявляється в тому, що для їх виключення необхідно створити умови зниження прямого струму до нуля. Це в багатьох випадках обмежує і ускладнює використання тиристорів.

Для усунення цього недоліку розроблені тиристори, що замикаються сигналом по керуючому електроду G. Такі тиристори називають замикаються (GTO - Gate turn-off thyristor) або двоопераційними.

Тиристори, що замикаються(ЗТ) мають чотиришарову р-п-р-п структуру, але в той же час володіють рядом істотних конструктивних особливостей, що надають їм принципово від звичайних тиристорів - властивість повної маневреності. Статична ВАХ замикаються тиристорів у прямому напрямку схожа на ВАХ звичайних тиристорів. Але перекрити величезні оборотні напруги тиристор, що замикається, зазвичай не здатний і нерідко з'єднується з зустрічно-паралельно включеним діодиком. З іншого боку, для замикаються тиристорів властиві значні падіння прямої напруги. Для вимикання тиристора, що замикається, потрібно подати в ланцюг керуючого електрода потужний імпульс негативного струму (приблизно 1:5 по відношенню до значення прямого струму, що вимикається), але короткої тривалості (10-100 мкс).

Тиристори, що замикаються, також мають більш низькі значення граничних напруг і струмів (приблизно на 20-30%) в порівнянні зі звичайними тиристорами.

Основні типи тиристорів

Крім замиканих тиристорів розроблена широка палітра тиристорів різних типів, що відрізняються швидкодією, процесами управління, напрямом струмів у провідному стані.і т.д. У тому числі слід підкреслити такі типы:

тиристор-діод, який еквівалентний тиристору із зустрічно-паралельно включеним діодиком (рис. 6.12,a);

діодний тиристор (діністор), що переходить у провідний стан при перевищенні певного рівня напруги, прикладеного між А і С (рис. 6, b);

тиристор, що замикається(Рис. 6.12, c);

симетричний тиристор чи симистор, що еквівалентний двом зустрічно-паралельно включеним тиристорам (рис. 6.12, d);

швидкодіючий інверторний тиристор(Час вимикання 5-50 мкс);

тиристор з польовим управлінням з керуючого електроду, наприклад, з урахуванням комбінації МОП-транзистора з тиристором;

оптотиристор, керований світловим потоком.

Рис. 6. Умовно-графічне позначення тиристорів: a) – тиристор-діод; b) – діодний тиристор (диністор); c) – тиристор, що замикається; d) - Сімістор

Захист тиристорів

Тиристори є пристроями, критичними до швидкостей наростання прямого струму diA/dt та прямої напруги duAC/dt. Тиристорам, як і діодикам, властиве явище перебігу зворотного струму відновлення, різке спадання якого до нуля погіршує ймовірність виникнення перенапруг з високим значенням duAC/dt. Такі перенапруги є наслідком різкого припинення струму в елементах індуктивних схеми, включаючи малі індуктивності монтажу. Тому захисту тиристорів зазвичай використовують різні схеми ЦФТП, які у динамічних режимах роблять захист від неприпустимих значень diA/dt і duAC/dt.

У більшості випадків внутрішній індуктивний опір джерел напруги, що входять у ланцюг включеного тиристора, виявляється достатнім, щоб не вводити додаткову індуктивність LS . Тому практично частіше виникає необхідність у ЦФТП, що знижують рівень і швидкість перенапруг при виключенні (рис. 7).

Рис. 7. Типова схема захисту тиристора

Для цієї мети зазвичай використовують RC-ланцюги, що підключаються паралельно тиристору. Існують різні схемотехнічні модифікації RC-ланцюгів та методики розрахунку їх характеристик для різних умов використання тиристорів.

Для тиристорів, що замикаються, використовуються ланцюги формування лінії руху перемикання, подібних за схемотехнікою ЦФТП транзисторів.

Ноу-хау розробки, а саме даний винахід автора відноситься до галузі електротехніки, а саме використовується в аналогових електронних схемах: електронному реле, пристроях, що стежать, генераторних схемах; у джерелах харчування постійного струму, і призначене використання тиристора (симістора) в пристроях, що перемикають для управління транзисторним ключем в динамічному режимі порівнянним логічним рівнем 1 і 0.

Метою є розширення функціональних можливостей тиристора в джерелі постійного струму, який спрямований саме на керування транзисторним ключем з потужним виходом у динамічному режимі для комутування будь-якого навантаження.

Поставлена ​​мета досягається тим, що спосіб управління транзисторним ключем на тиристорі (симісторі) полягає в тому, що керуючий електрод транзисторного ключа будь-якої провідності підключають позитивним зміщенням до тиристорного перемикача між анодом тиристора і катодом діода, колектором або емітером ключа транзистора від зв'язку з мінусом, у тому числі і через керуючий електрод тиристора, а навантаження підключають в ланцюг колектора або емітера ключа транзистора між джерелом живлення плюс або мінус, через тиристорний перемикач протікає робочий струм, що змінно змінюється, від ланцюга живильного входу, утримує і переводить базу ключа транзистора в негативне зміщення, а відключається струмом менше утримує і переводить базу ключа транзистора в позитивне зміщення, причому струм через тиристор розкладають на два плечі і встановлюють наступну оптимальну пропорцію струм а утримування, змінно змінює струм через ланцюг тиристорного перемикача 10%...20%, при меншому якому тиристор відключається, решта настановного струму через резистор позитивного зміщення бази ключа транзистора.

Установчий струм через тиристор розкладають додатково через третє плече задатчика струму, який паралельно підключають резистору позитивного зміщення ключа транзистора.

Робочий струм через тиристорний перемикач встановлюють підбором резистора струмообмежувального, який вводять між загальною точкою анода тиристора і катода діода, колектором або емітером транзистора тиристорного перемикача.

Робочим струмом тиристорного перемикача керують транзистором будь-якої провідності, який вводять в ланцюг входу живлення тиристорного перемикача.

Принцип роботи способу керування пояснюється кресленнями фіг.1-3.

Схема управління (фіг.1) містить джерело живлення, транзисторний ключ 7, база якого через резистор 5 і плюс джерела живлення через резистор 4 підключена між анодом тиристора 8 і катодом діода 9 тиристорного перемикача 2. До тиристорного перемикача 2 підключений вхід 6. Керуючий електрод тиристора через 8 резистор 3 підключений в ланцюг живильного входу 6, а через резистор 1 підключений з катодом тиристора 8 до мінуса. Колектор ключа транзистора 7 підключений до плюса, а емітер через навантаження Rн підключений до мінусу.

Транзисторний ключ 7 може бути будь-якої провідності, а навантаження Rн підключається до ланцюга емітера або колектора між плюсом чи мінусом джерела живлення. Діод 9 закриває базу ключа транзистора від зв'язку з мінусом, у тому числі через ланцюг керуючого електрода тиристора 8. Таку ж функцію може виконати перехід колектор-емітер або емітер-колектор транзистора.

Керуючий електрод тиристора 8 може підключатися до входу живлення 6 через резистор, або конденсатор, або діод, або стабілітрон, або комбіновано. Резистор 5 с транзистором n-p-nпровідністю в деяких випадках може не встановлюватися, який обмежує в основному імпульси високої напруги при перемиканнях.

Схема працює наступним чином: із включенням джерела живлення при закритому стані тиристора 8 позитивне зсув на базі закриє транзисторний ключ 7 з p-n-p провідністю, а з n-p-n провідністю відкриє. При збільшенні напруги в ланцюгу живильного входу 6, при струмі більше утримує тиристор 8 відкриється і перекине в негативне зміщення базу транзисторного ключа 7. Транзисторний ключ 7 з p-n-p провідністю відкриється і включить навантаження Rн, а з n-p-n провідністю закриється.

Для ефективної роботи схеми підбирають оптимальну пропорцію розподілу мінімального струму утримування тиристора 8. Струм тиристора 8 встановлюють підбором опору резистора 4 з розрахунку близько 80...90% від струму утримування і 10...20% через ланцюг живильного входу 6 тиристор менше, при якому тиристор 8 буде закриватися. Для прикладу, випробування проводилися в ланцюзі джерела живлення 12 на симісторі ТС10-6 і на тиристорах КУ101Е, КУ101Г, утримуючий струм у яких становив 2 мА ... 5 мА, при цьому величина струму порогу відключення тиристора 8 була завжди постійна. Знову тиристор 8 відкривався при підвищенні напруги на 0,7...0,9 на живильному вході 6, який був підключений до тиристорного перемикача 2 через резистор 3 к. При струмі утримування тиристора більше 7 мА установку струму утримування тиристора через вхід ланцюга 6 виробляють за способом, викладеним у кресленні фіг.2.

Фіг.2 відрізняється від фіг.1 тим, що ланцюг бази зміщення ключа транзистора 7 підключена до загальної точки анода тиристора 8 через введений діод 11, а катод діода 11 підключений до плюсу через задатчик струму 10. Між загальною точкою анода тиристора введений струмообмежуючий резистор 12. У цій схемі розглядаються два способи управління: через задатчик струму 10 і введений через резистор 12.

Діод 11 замикає від зв'язку задатчик струму 10 з базою ключа транзистора 7 і покращує динаміку комутації. Задатчик струму 10 є баластним елементом, може містити резистор будівельний і струмообмежуючий. Їм встановлюють мінімальний струм утримування тиристора 8 ланцюга живильного входу 6.

Струмообмежуючий резистор 12 може доповнюватися будівельним резистором. Даним способом задають момент включення та відключення тиристора 8 залежно від величини напруги ланцюга живильного входу 6.

Фіг.3 відрізняється від фіг.1 тим, що живильний вхід 6 підключений до тиристорного перемикача 2 через введений транзистор 14 і резистор струмообмежуючий 13, а до бази підключений керуючий вхід. Транзистор 14 може бути будь-якої провідності, який керує робочим струмом тиристора 8 або переводить тиристор 8 у відкритий та закритий стан, який перемикає транзисторний ключ 7.

Наприклад, при підключенні до керуючого входу генератора пилкоподібних імпульсів на виході ключа транзистора 7 будуть сигнали прямокутних імпульсів, а на прикладі креслення фіг.9 та фіг.10 показана робота простого електронного реле.

Пристрій реалізації способу, що містить джерело живлення, транзисторний ключ n-p-n провідності, база якого через захисний резистор і плюс джерела живлення через резистор зміщення підключені між анодом тиристора і катодом діода, а електрод керуючий тиристора через резистор, або резистор, послідовно з'єднаний аноду діода або до емітера транзистора, через інший резистор підключена до мінуса з катодом тиристора, а колектор ключа транзистора підключений до плюсу джерела живлення або підключений через навантажувальний резистор, а загальна точка емітера через проміжний емітера - до виходу генератора, причому емітер і точка зміщення бази транзистора підключені до мінусу через конденсатор, а транзистора база підключена з емітером через захисний резистор, а з мінусом через захисний конденсатор.

Загальна точка проміжного резистора та конденсатора з'єднана з емітером транзистора через введений діод.

Паралельно ключу транзистора підключений другий складовий транзисторний ключ p-n-pпровідності, емітер вихідного транзистора підключений з плюсом джерела живлення, а колектори обох транзисторів підключені до мінуса через навантаження, а вхід бази складеного транзистора підключений через один резистор до плюс джерела живлення, а через другий резистор до точки зміщення бази ключа транзистора.

До виходу генератора підключений через струмообмежуючий резистор анод діода другого тиристорного перемикача, а між катодом діода і анодом тиристора підключений електрод керуючий симістора, а фаза L через навантаження і симісторний ключ підключена до загального дроту робочого нуля N.

Паралельно аноду та катоду тиристора підключений блокувальний транзистор будь-якої провідності, а база підключена до входу, що управляє.

Між колектором транзистора і джерелом живлення плюс або навантажувальним резистором введений світлодіод оптопари, а паралельно світлодіоду підключений захисний стабілітрон або резистор, а колектор транзистора оптопари підключений до плюсу, а емітер підключений через резистор до бази першого підключення захисний конденсатор, а до емітера через захисний резистор, а колектор підключений до плюсу джерела живлення через резистор або підключений до колектора другого транзистора підсилювального каскаду, який підключений до плюса джерела живлення через навантаження, а база підключена до емітера першого транзистора через резистор або послідовно з'єднаний діод.

Пристрій генератора (фіг.4) містить джерело живлення, транзисторний ключ 7, база якого через резистор 5 і плюс джерела живлення через резистор 4 підключені між анодом тиристора 8 і катодом діода 9. Керуючий електрод тиристора 8 через резистор 3 підключений до анода а через резистор 1 підключений до мінуса з катодом тиристора 8. Колектор транзистора 7 підключений до плюс джерела живлення. Загальна точка емітера транзистора через 7 діод 19 і проміжний резистор 18 підключена до діода 9 тиристорного перемикача 2, а загальна точка діода 19 і проміжного резистора 18 підключена з мінусом через конденсатор 20, а до ем. До точки зміщення бази транзистора 7 підключений конденсатор 15 а база з мінусом підключена через захисний конденсатор 16, а з емітером через захисний резистор 17.

Пристрій працює наступним чином: з включенням джерела живлення позитивне зміщення на базі відкриє транзисторний ключ 7. Плюс емітера через діод 19 і проміжний резистор 18 запитає тиристорний перемикач 2. Тиристор 8 відкриється при струмі, більшому, ніж струм утримування, в переведення негативне усунення, ключ закриється. Струм через тиристор 8 стане менше утримуючого, і тиристор 8 закриється. Знову на базі транзистора 7 виявиться позитивне усунення, і цикл повторюватиметься. Конденсатор 15 розтягує верхній (позитивний) фронт відкритого стану транзистора 7, а конденсатор 20 розтягує нижній фронт закритого стану транзистора 7 і додатково підбором номіналу проміжного резистора 18 змінюють частоту перемикань генератора. Проміжний резистор містить 18 один постійний, або один будівельний, або будівельний доповнюється послідовно і паралельно підключеними резисторами. Причому резистор може бути у вигляді регулятора. Діод 19 замикає зворотний розряд конденсатора в ланцюг виходу генератора. Керуючий електрод тиристора 8 підключають додатково з резистором 3 до анода діода 9 або до емітера транзистора 7 через стабілітрон або діод у випадках для встановлення порога відкриття тиристора або для компенсації різниці падіння напруги переходу на діоді 9. підключають конденсатор для відкриття імпульсного тиристора.

Фіг.5 - пристрій двотактного генератора, що відрізняється від фіг.4 тим, що колектор ключа транзистора 7 підключений до джерела живлення через навантажувальний резистор 24, а проміжний резистор 18 підключений у вигляді будівельного резистора, а до виходу генератора підключений 2 контрольний світлодіод Паралельно ключу транзистора 7 підключений складовий транзисторний ключ на транзисторах 26 і 27 p-n-p провідності. Вхід бази складеного транзисторного ключа 26 підключений через резистор 25 до плюсу джерела живлення, а через резистор 21 - до загальної точки зміщення бази ключа транзистора 7. Емітер вихідного транзистора 27 підключений до плюса, а колектори обох транзисторів 2 - Лампу 28.

Резістор навантаження 24 дозволяє розширювати діапазон регулювання опору проміжного резистора 18, зі зменшенням якого поліпшується динаміка відкривання ключа транзистора 7, але при цьому погіршується його закривання.

Складовий транзисторний ключ p-n-p провідності відкривається та закривається синхронно з тиристором 8, а транзисторний ключ 7 працює асинхронно.

Випробування проводили на лампі розжарювання до 80 Вт.

Комутування лампи 28 проводилося низькою частотою і регулювання напруження - великою частотою підбором конденсаторів 15 і 20 і регулятора проміжного резистора 18. Схема працює при струмі утримування тиристора 8 в межах 3-15 мА, при цьому паспорти транзисторів можуть відрізнятися, .

Виділені елементи в рамці під цифрою 29 - перемикач тиристорний 2, транзисторний ключ 7 і складовий транзисторний ключ 26 і 27 - можна назвати тиристорно-транзисторний комутатор або тиристорно-транзисторний ключ. Приклад реалізації в інтегральному виконанні.

схеми пристрою високовольтного перетворювача

Фіг.7 і фіг.8 - схеми пристрою високовольтного перетворювача, що відрізняються тим, що в генераторі паралельно аноду і катоду тиристора 8 підключений транзистор 38 p-n-p провідності, а до бази підключений керуючий вхід 37, яка блокує і включає генератор, або керуючий вхід може працювати , як генератор, що задає. Причому транзистор 38 може бути будь-якої провідності.

Генератор схеми фіг.8 відрізняється від фіг.7 тим, що між навантажувальним резистором 24 і колектором транзистора 7 введений світлодіод 56 оптопари, а паралельно світлодіоду 56 підключений стабілітрон 55. Колектор транзистора 57 оптопари підключений до плюса. вихід генератора підключений через резистор 42 до бази першого транзистора 49 підсилювального каскаду. Причому база першого транзистора 49 підключена до мінуса через захисний конденсатор 44, а до емітера через захисний резистор 45. Колектор першого транзистора 49 підключений через резистор 48 до плюсу між захисним діодом 47 і резистором 46 або підключається до кол діод 52, навантаження 54 (котушка запалювання) - до плюс джерела живлення. Емітер першого транзистора 49 підключений до бази другого транзистора 53, база якого через резистор 50 і діод 51 підключена з емітером до мінуса. Плюс джерела живлення через захисний діод 47 і захисний резистор 46 підключений в схему живлення генератора, а плюс і мінусу генератора підключені паралельно конденсатор 39 і стабілітрон 43.

В якості навантажувального елемента та контролю до виходу генератора підключають контрольний світлодіод 41 через резистор 40 або тільки резистор, який особливо необхідний при недостатньому струмі, через світлодіод 56 оптопари для відкриття транзисторного ключа 57, а при великому струміпаралельно світлодіоду 56 оптопари встановлюють шунтуючий резистор. З оптопарою типу РС817 (SHARP) схема може працювати без додаткового елемента навантаження.

Сигнал низького рівняна керуючому вході 37 відкриває транзистор 38, генератор при цьому вимикається. Позитивний рівень на вході 37 закриває транзистор 38, і ввімкнеться генератор, який запустить вихідний каскад підсилювача.

Випробування проводилися на котушці запалювання автомобіля Б117 автотрансформаторного типу, стійка пробійна дуга досягала максимально 40 мм за схемою фіг.7, а за схемою фіг.8 до 30 мм. Зниження напруги на виході котушки виробляють підбором номіналів конденсатора 44, резистора 45, або додатково підключаються паралельно колектору та емітеру вихідного транзистора 53 конденсатор і стабілітрон.

Пристрій може служити як багатоімпульсний перетворювач для безконтактних пристроїв запалювання на автомобілі та в зварювальному виробництві для роботи осілятора, або можуть підключатися інші навантаження, наприклад, комутуватися лампи розжарювання або підключатися звукова сирена і т.д. Причому схема може працювати без захисних елементів 43, 46, 47 та 52.

Фіг.9 - пристрій електронного реле. База транзистора 14 підключена до ланцюжку, що час задає, колектор підключений до плюсу джерела живлення, а емітер підключений до живильному входу ланцюга тиристора 8 через струмообмежуючий резистор 13 і діод 9. Резистор R4 - регулятор витримки часу.

Пристрій працює наступним чином

включаємо джерело живлення, транзисторний ключ 7 закритий. При короткочасному натисканні кнопки SB1 зарядиться конденсатор С1 відкриється транзистор 14 який відкриє тиристор 8 а тиристор переключить транзисторний ключ 7 котушка реле К1 включиться. У міру розряду конденсатора С1 відбувається зниження напруги на ньому. Це призводить до зниження напруги на емітері транзистора 14 і при струмі, менше утримує, тиристор 8 закриється. Позитивне зміщення на базі закриє транзисторний ключ 7 і реле К1 відключиться. Пристрій при даних номіналах елементів і при утримуючому струмі тиристора 8 - в межах 3-5 мА. Час витримки може сягати 30 хвилин, а похибка при стабільному джерелі живлення - не більше 2-3%.

Фіг.10 - пристрій електронного реле на симісторі оптопари. Принцип роботи аналогічний. Симистор оптопари типу МОС3063 чи МОС3082, утримуючий струм вони в межах 0,4-0,6 мА. З цієї причини підключений складовий транзисторний ключ (аналогічно складеного ключа на кресленні фіг.5) з великим вхідним опором. Керуючий вхід світлодіода оптопари підключений через стабілітрон і резистор, паралельно до яких підключений допоміжний конденсатор для імпульсного відкриття симістора. Стабілітрон служить для відсікання струму через світлодіод оптопари при зниженні напруги на емітер транзистора 14. Цим домагаються збільшення часу витримки.

При випробуваннях час витримки становив близько 40 хвилин, а похибка - не більше 2%. Показники значно вищі, ніж на тиристорі КУ101.

Пропонується спосіб визначення мінімального струму утримування тиристора будь-якої структури. Між джерелом живлення плюс і мінус підключають тиристорний ключ через струмообмежуючий резистор і послідовно з'єднаний міліамперметр або інший прилад, що реєструє. Причому паралельно до джерела живлення підключають електролітичний конденсаторвеликий ємності. До входу, що управляє, через струмообмежуючий резистор або конденсатор короткочасно подають імпульс позитивної напруги. Фіксують струм через тиристор міліамперметром, потім відключають джерело живлення. У міру розряду конденсатора знижуватиметься струм через тиристор, і по моменту різкого відхилення стрілки міліамперметра визначають мінімальний струм утримування.

Використання способу керування транзисторним ключем знайде застосування наступних електричних схемахприладів: електронне реле часу, наприклад комутація котушок реле; стежать схемах, наприклад аварійні перемикачі на блоках живлення; генераторних схемах, наприклад високочастотні сирени в охоронних пристроях, високовольтні перетворювачі для котушок запалювання.

Складову частину пристрою: тиристорний перемикач і транзисторний ключ можна назвати тиристорно-транзисторний комутатор або тиристорно-транзисторний ключ, який може реалізуватися як єдина інтегральна схема. У цьому випадку потрібно буде регламентувати паспортні дані на мінімальні струми утримання.

На винахід видано патент Російської Федерації RU2343622
Автор(и): Алексєєв Альберт Герасимович, Алексєєв Віталій Альбертович