Uneori devine necesară comutarea alternativă a mai multor sarcini cu întrerupătoare electronice în loc de comutator mecanic. O căutare în literatură a condus la o soluție de circuit interesantă publicată în Radio No. 12 în 1989. Diagrama modificată este prezentată în figură. Comutatorul electronic de sarcină funcționează după cum urmează. Când este aplicată puterea, condensatorul C1 începe să se încarce prin rezistorul R4. Tensiunea joasă de pe condensatorul C1 în primul moment stabilește un log la ieșirea elementului DD1.4. „0”. Logica este setată la ieșirile elementelor DD2.1, DD2.2, DD3.1. „1”, un jurnal este de asemenea setat la ieșirile DD1.1, DD1.2, DD1.3. „1”, la ieșirea elementului DD3.2 -log. „0”. LED-ul HL4 se aprinde, indicând că dispozitivul este gata, dar nicio încărcare nu este pornită. Pentru a porni, de exemplu, sarcina Rн1, trebuie să apăsați butonul SB 1. În acest caz, un jurnal este setat la ieșirea elementului DD1.1. „0”, la ieșirea elementului DD3.2 - log. „1” și LED-ul HL4 se stinge; la ieșirea elementului DD1.4 este setat un log. „1”, deoarece C1 este deja încărcat; la ieșirea elementului DD2.1 este setat un log. „0”, la ieșirea elementului DD4.1 - log. „0”. LED-ul HL1 se aprinde și semnalează că sarcina este pornită. Comutatorul optocupler VU1 deschide triacul VS1, care, la rândul său, comută sarcina R1. Elementele cipului D4 sunt folosite ca repetoare cu capacitate mare de încărcare. Când apăsați, de exemplu, butonul SB3, sarcina Rн1 va fi oprită mai întâi, deoarece un jurnal este setat la ieșirea elementului DD1.3. „0”, la ieșirea elementului DD2.1 - log. „1”, iar încărcarea Rн1 este oprită. Un jurnal este setat la ieșirea elementului DD3.1. „0”, la ieșirea elementului DD4.3 este, de asemenea, un jurnal. „0”, LED-ul HL3 se aprinde și încărcarea Rн3 este pornită. Designul circuitului elimină chiar și activarea pe termen scurt a două sarcini. Puteți opri oricare dintre încărcături apăsând butonul SB4. Dacă doriți, puteți activa o a patra sarcină adăugând un circuit al unui comutator opto și un triac la circuitul LED HL4, similar cu circuitele discutate mai sus. Puterea sarcinii comutate este determinată numai de curentul maxim al triacului aplicat. Astfel, prin apăsarea butonului SB de curent scăzut, puteți comuta o sarcină de la sute de wați la câțiva kilowați.

Detalii. Pentru alimentarea circuitului se folosește un transformator cu redresor cu diodă în punte și filtru, cu o tensiune de ieșire de 9 V. Tensiunea de alimentare a microcircuitelor este stabilizată de un microcircuit DA1 de tip 7805. Microcircuitele indicate în diagramă pot fi înlocuit cu analogi domestici: 74LS08 - K555LI1, 74LS10 -K555LA4, 7407 - K155LI4, 7805 - KR142EN5A. Butoanele SB1-SB4 tip SWT2-7 pot fi înlocuite cu oricare dintre cele casnice.

Pe baza materialelor din revista Radioamator.

1.1 Definiție, tipuri de tiristoare

1.2 Principiul de funcționare

1.3 Parametrii tiristoarelor

Capitolul 2. Aplicarea tiristoarelor în regulatoarele de putere

2.1 Informații generale despre diverse autorități de reglementare

2.2 Procesul de control al tensiunii folosind un tiristor

2.3 Redresor cu tiristoare controlat

Capitolul 3. Dezvoltarea practică a regulatoarelor de putere bazate pe tiristoare

3.1 Regulator de tensiune pe tiristorul KU201K

3.2 Redresor controlat puternic folosind tiristoare

Concluzie

Literatură

Introducere

Această lucrare examinează mai multe variante de dispozitive care utilizează elemente tiristoare ca regulatoare de tensiune și ca redresoare. Sunt oferite descrieri teoretice și practice ale principiului de funcționare al tiristoarelor și dispozitivelor, precum și diagrame ale acestor dispozitive.

Un redresor controlat bazat pe tiristoare - elemente cu un câștig de putere mare - face posibilă obținerea de curenți mari în sarcină cu putere mică cheltuită în circuitul de control a tiristoarelor.

Această lucrare discută două opțiuni pentru astfel de redresoare, care asigură un curent de sarcină maxim de până la 6 A cu o limită de reglare a tensiunii de la 0 la 15 V și de la 0,5 la 15 V și un dispozitiv de reglare a tensiunii la sarcinile active și inductive alimentate. de la tensiunea AC de rețea 127 și 220 V cu limite de reglare de la 0 la tensiunea nominală de rețea.

Capitolul 1. Conceptul de tiristor. Tipuri de tiristoare. Principiul de funcționare

1.1 Definiție, tipuri de tiristoare

Un tiristor este un dispozitiv semiconductor bazat pe o structură cu patru straturi care poate trece de la o stare închisă la una deschisă și invers. Tiristoarele sunt proiectate pentru controlul cu cheie al semnalelor electrice în modul deschis - închis (diodă controlată).

Cel mai simplu tiristor este un dinistor - o diodă de comutare necontrolată, care este o structură cu patru straturi de tip p-n-p-n (Fig. 1.1.2). Aici, ca și în cazul altor tipuri de tiristoare, joncțiunile exterioare n-p-n se numesc emițător, iar joncțiunea p-n din mijloc se numește colector. Zonele interne ale structurii situate între tranziții se numesc baze. Electrodul care asigură conexiunea electrică cu regiunea n exterioară se numește catod, iar cu regiunea p exterioară se numește anod.

Spre deosebire de tiristoarele asimetrice (dinistori, trinistori), la tiristoarele simetrice ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune are forma unei ramuri directe. Acest lucru se realizează prin conectarea spate în spate a două structuri identice cu patru straturi sau prin utilizarea structurilor cu cinci straturi cu patru joncțiuni p-n (triacs).

Orez. 1.1.1 Denumiri de pe diagrame: a) triac b) dinistor c) trinistor.

Orez. 1.1.2 Structura dinistorului.

Orez. 1.1.3 Structura SCR.

1.2 Principiul de funcționare

Când dinistorul este pornit conform diagramei prezentate în Fig. 1.2.1, joncțiunea colector p-n este închisă, iar joncțiunile emițătorului sunt deschise. Rezistența joncțiunilor deschise este scăzută, astfel încât aproape toată tensiunea de alimentare este aplicată joncțiunii colectorului, care are o rezistență ridicată. În acest caz, un curent mic circulă prin tiristor (secțiunea 1 din Fig. 1.2.3).

Orez. 1.2.1. Schemă pentru conectarea unui tiristor (dinistor) necontrolat la circuit.

Orez. 1.2.2. Schemă pentru conectarea unui tiristor controlat (tiristor) la circuit.

Fig.1.2.3. Caracteristica curent-tensiune a dinistorului.

Fig.1.2.4. Caracteristica curent-tensiune a unui tiristor.

Dacă creșteți tensiunea sursei de alimentare, curentul tiristor crește ușor până când această tensiune se apropie de o anumită valoare critică egală cu tensiunea de pornire Uon. La tensiunea Uon în dinistor, sunt create condiții pentru multiplicarea prin avalanșă a purtătorilor de sarcină în regiunea joncțiunii colectorului. Are loc o defecțiune electrică reversibilă a joncțiunii colectorului (secțiunea 2 din Fig. 1.2.3). Se formează o concentrație în exces de electroni în regiunea n a joncțiunii colectoare și se formează o concentrație în exces de găuri în regiunea p. Pe măsură ce aceste concentrații cresc, barierele potențiale ale tuturor tranzițiilor dinistoarelor scad. Injecția purtătorilor prin joncțiunile emițătorului crește. Procesul este de natură asemănătoare avalanșei și este însoțit de comutarea tranziției colectorului la starea deschisă. Curentul crește simultan cu o scădere a rezistenței tuturor zonelor dispozitivului. Prin urmare, o creștere a curentului prin dispozitiv este însoțită de o scădere a tensiunii între anod și catod. Pe caracteristica curent-tensiune, această secțiune este indicată cu numărul 3. Aici dispozitivul are o rezistență diferențială negativă. Tensiunea pe rezistor crește și dinistorul comută.

După trecerea joncțiunii colectorului la starea deschisă, caracteristica curent-tensiune are forma corespunzătoare ramurii directe a diodei (secțiunea 4). După comutare, tensiunea dinistorului scade la 1 V. Dacă continuați să creșteți tensiunea sursei de alimentare sau să reduceți rezistența rezistorului R, atunci se va observa o creștere a curentului de ieșire, ca într-un circuit convențional cu un diodă când este conectată direct.

Când tensiunea de alimentare scade, rezistența ridicată a joncțiunii colectorului este restabilită. Timpul de recuperare a rezistenței acestei joncțiuni poate fi de zeci de microsecunde.

Tensiunea Uon la care începe o creștere asemănătoare unei avalanșe a curentului poate fi redusă prin introducerea purtătorilor de sarcină nemajoritari în oricare dintre straturile adiacente joncțiunii colectorului. Purtătorii de sarcină suplimentari sunt introduși în tiristor de un electrod auxiliar alimentat de la o sursă independentă de tensiune de control (Ucontrol). Un tiristor cu un electrod de control auxiliar se numește triodă sau trinistor. În practică, atunci când se folosește termenul „tiristor”, tocmai elementul este înțeles. Schema de conectare pentru un astfel de tiristor este prezentată în Fig. 1.2.2. Posibilitatea reducerii tensiunii U cu creșterea curentului de comandă este prezentată de familia de caracteristici curent-tensiune (Fig. 1.2.4).

Dacă tiristorului i se aplică o tensiune de alimentare de polaritate opusă (Fig. 1.2.4), atunci joncțiunile emițătorului vor fi închise. În acest caz, caracteristica curent-tensiune a tiristorului seamănă cu ramura inversă a caracteristicii unei diode convenționale. La tensiuni inverse foarte mari, se observă defectarea ireversibilă a tiristorului.

- un dispozitiv cu proprietățile unui semiconductor, al cărui proiect se bazează pe un semiconductor monocristal având trei sau mai multe joncțiuni p-n.

Funcționarea sa implică prezența a două faze stabile:

• „închis” (nivelul de conductivitate este scăzut);
• „deschis” (nivelul de conductivitate este ridicat).

Tiristoarele sunt dispozitive care îndeplinesc funcțiile întrerupătoarelor electronice de putere. Un alt nume pentru ei este tiristoare cu o singură operație. Acest dispozitiv vă permite să reglați impactul sarcinilor puternice prin impulsuri minore.

Conform caracteristicii curent-tensiune a tiristorului, o creștere a curentului în acesta va provoca o scădere a tensiunii, adică va apărea o rezistență diferențială negativă.

În plus, aceste dispozitive semiconductoare pot conecta circuite cu tensiuni de până la 5000 Volți și curenți de până la 5000 Amperi (la o frecvență de cel mult 1000 Hz).

Tiristoarele cu două și trei terminale sunt potrivite pentru funcționare atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ. Cel mai adesea, principiul funcționării lor este comparat cu funcționarea unei diode de redresare și se crede că sunt un analog cu drepturi depline al unui redresor, într-un fel și mai eficient.

Tipurile de tiristoare diferă unele de altele:

• Metoda de control.
• Conductivitate (unilaterală sau bilaterală).

Principii generale de management

Structura tiristoarelor are 4 straturi semiconductoare într-o conexiune în serie (p-n-p-n). Contactul conectat la stratul p exterior este anodul, iar contactul conectat la stratul n exterior este catodul. Ca urmare, cu un ansamblu standard, un tiristor poate avea maximum doi electrozi de control, care sunt atașați la straturile interne. În funcție de stratul conectat, conductorii sunt împărțiți în catod și anod în funcție de tipul de control. Primul tip este cel mai des folosit.

Curentul din tiristoare curge spre catod (din anod), deci conexiunea la sursa de curent se face intre anod si borna pozitiva, precum si intre catod si borna negativa.

Tiristoarele cu electrod de control pot fi:

• Blocabil;
• Deblocabil.

O proprietate indicativă a dispozitivelor care nu se blochează este lipsa lor de răspuns la un semnal de la electrodul de control. Singura modalitate de a le închide este reducerea nivelului de curent care curge prin ele, astfel încât să fie inferior curentului de reținere.

Când controlați un tiristor, trebuie luate în considerare unele puncte. Un dispozitiv de acest tip schimbă fazele de funcționare de la „oprit” la „pornit” și înapoi în salturi și numai sub condiția unei influențe externe: folosind curent (manipularea tensiunii) sau fotoni (în cazurile cu un fototiristor).

Pentru a înțelege acest punct, trebuie să rețineți că un tiristor are în principal 3 ieșiri (tiristor): anod, catod și electrod de control.

UE (electrodul de control) este tocmai responsabil pentru pornirea și oprirea tiristorului. Deschiderea tiristorului are loc cu condiția ca tensiunea aplicată între A (anod) și K (catod) să devină egală cu sau să depășească tensiunea de funcționare a tiristorului. Adevărat, în al doilea caz, va fi necesară expunerea la un impuls de polaritate pozitivă între Ue și K.

Cu o alimentare constantă a tensiunii de alimentare, tiristorul poate fi deschis la nesfârșit.

Pentru a-l comuta într-o stare închisă, puteți:

• Reduceți nivelul de tensiune între A și K la zero;
• Reduceți valoarea curentului A, astfel încât puterea curentului de menținere să fie mai mare;
• Dacă funcționarea circuitului se bazează pe acțiunea curentului alternativ, dispozitivul se va opri fără intervenție externă atunci când nivelul curentului în sine scade la citirea zero;
• Aplicați o tensiune de blocare UE (relevant numai pentru tipurile de dispozitive semiconductoare blocabile).

De asemenea, starea închisă durează la nesfârșit până când apare un impuls de declanșare.

Metode specifice de control

• Amplitudine .

Reprezintă furnizarea unei tensiuni pozitive de mărime variabilă către Ue. Deschiderea tiristorului are loc atunci când valoarea tensiunii este suficientă pentru a întrerupe tranziția de control a curentului de redresare (Irev). Prin schimbarea tensiunii pe UE, devine posibilă modificarea timpului de deschidere al tiristorului.

Principalul dezavantaj al acestei metode este influența puternică a factorului de temperatură. În plus, fiecare tip de tiristor va necesita un tip diferit de rezistor. Acest punct nu adaugă ușurință în utilizare. În plus, timpul de deschidere al tiristorului poate fi reglat numai cât durează prima 1/2 din semiciclul pozitiv al rețelei.

• Fază.

Constă în schimbarea fazei Ucontrol (în raport cu tensiunea la anod). În acest caz, se utilizează o punte de schimbare de fază. Principalul dezavantaj este panta scăzută a Ucontrolului, astfel încât este posibilă stabilizarea momentului de deschidere al tiristorului doar pentru o perioadă scurtă de timp.

• Faza de impuls .

Conceput pentru a depăși deficiențele metodei fazei. În acest scop, la Ue se aplică un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această abordare este în prezent cea mai comună.

Tiristoare și siguranță

Datorită naturii de impuls a acțiunii lor și a prezenței curentului de recuperare inversă, tiristoarele cresc foarte mult riscul de supratensiune în funcționarea dispozitivului. În plus, pericolul de supratensiune în zona semiconductoare este mare dacă nu există deloc tensiune în alte părți ale circuitului.

Prin urmare, pentru a evita consecințele negative, se obișnuiește să se utilizeze scheme CFTP. Ele previn apariția și reținerea valorilor critice ale tensiunii.

Model tiristor cu două tranzistoare

Din două tranzistoare este foarte posibil să se asambla un dinistor (tiristor cu două terminale) sau un triistor (tiristor cu trei terminale). Pentru a face acest lucru, unul dintre ele trebuie să aibă conductivitate p-n-p, celălalt - conductivitate n-p-n. Tranzistoarele pot fi fabricate fie din siliciu, fie din germaniu.

Conexiunea dintre ele se realizează prin două canale:

• Anod de la al 2-lea tranzistor + Electrod de control de la primul tranzistor;
• Catod de la primul tranzistor + Electrod de control de la al 2-lea tranzistor.

Dacă nu folosiți electrozi de control, atunci ieșirea va fi un dinistor.

Compatibilitatea tranzistoarelor selectate este determinată de aceeași cantitate de putere. În acest caz, citirile de curent și tensiune trebuie neapărat să fie mai mari decât cele necesare pentru funcționarea normală a dispozitivului. Datele privind tensiunea de defectare și curentul de menținere depind de calitățile specifice ale tranzistorilor utilizați.

Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Uitați-vă la, mă voi bucura dacă veți găsi ceva util la al meu.