หลักการของไทริสเตอร์และการควบคุมไตรแอก

เริ่มจากโครงร่างที่ง่ายที่สุด ในกรณีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมไทริสเตอร์ก็เพียงพอแล้วที่จะจ่ายกระแสคงที่ที่มีค่าหนึ่งให้กับอิเล็กโทรดควบคุมในเวลาสั้น ๆ กลไกในการจ่ายกระแสไฟฟ้านี้สามารถแสดงเป็นแผนผังได้โดยการนึกภาพสวิตช์ที่ปิดและจ่ายพลังงาน เช่น ขั้นตอนเอาต์พุตของชิปหรือทรานซิสเตอร์

นี่เป็นวิธีการที่ดูเหมือนง่าย แต่พลังของสัญญาณควบคุมที่นี่จำเป็นต้องมีนัยสำคัญ ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติสำหรับ triac KU208 กระแสนี้ควรมีอย่างน้อย 160 mA และสำหรับ trinistor KU201 ควรมีอย่างน้อย 70 mA ดังนั้นที่แรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์และกระแสเฉลี่ย 115 mA กำลังควบคุมจะอยู่ที่ 1.4 W

ข้อกำหนดด้านขั้วของสัญญาณควบคุมมีดังนี้: SCR ต้องการแรงดันควบคุมที่เป็นบวกเมื่อเทียบกับแคโทด และไตรแอก (ไทริสเตอร์แบบสมดุล) ต้องการขั้วเดียวกันกับกระแสแอโนด หรือเป็นลบสำหรับแต่ละครึ่งรอบ .

อิเล็กโทรดควบคุมของไตรแอคไม่ถูกปัดออก ไตรนิสเตอร์ถูกควบคุมด้วยตัวต้านทาน 51 โอห์มไทริสเตอร์สมัยใหม่ต้องการกระแสควบคุมน้อยลงและบ่อยครั้งคุณจะพบวงจรที่กระแสควบคุมของ SCR ลดลงเหลือประมาณ 24 mA และสำหรับไตรแอกถึง 50 mA

อาจเกิดขึ้นได้ว่ากระแสในวงจรควบคุมลดลงอย่างรวดเร็วจะส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดังนั้นบางครั้งนักพัฒนาจึงต้องเลือกไทริสเตอร์แยกกันสำหรับแต่ละวงจร มิฉะนั้น ในการเปิดไทริสเตอร์กระแสต่ำ แรงดันแอโนดจะต้องสูงในขณะนั้น ทำให้เกิดกระแสไหลเข้าและสัญญาณรบกวนที่เป็นอันตราย

การขาดการควบคุมตามรูปแบบที่ง่ายที่สุดที่อธิบายไว้ข้างต้นนั้นชัดเจน: มีการเชื่อมต่อแบบไฟฟ้าถาวรของวงจรควบคุมกับวงจรไฟฟ้า ไตรแอกในบางวงจรอนุญาตให้ต่อขั้วใดขั้วหนึ่งของวงจรควบคุมเข้ากับสายกลาง SCR อนุญาตให้แก้ปัญหาดังกล่าวได้โดยการเพิ่มไดโอดบริดจ์เข้ากับวงจรโหลดเท่านั้น

ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดลดลงครึ่งหนึ่ง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับโหลดในช่วงคลื่นไซน์หลักเพียงช่วงเดียวเท่านั้น ในทางปฏิบัติเรามีความจริงที่ว่าวงจรที่มีการควบคุมไทริสเตอร์ของกระแสตรงโดยไม่มีการแยกโหนดไฟฟ้านั้นแทบจะไม่เคยใช้งานเลยยกเว้นเมื่อต้องทำการควบคุมด้วยวิธีนี้ด้วยเหตุผลที่ดี

วิธีการแก้ปัญหาการควบคุมไทริสเตอร์ทั่วไปคือการที่แรงดันไฟฟ้าถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดเกทโดยตรงจากแอโนดผ่านตัวต้านทานโดยการปิดสวิตช์เป็นเวลาสองสามไมโครวินาที กุญแจสำคัญในที่นี้อาจเป็นทรานซิสเตอร์สองขั้วไฟฟ้าแรงสูง รีเลย์ขนาดเล็ก หรือโฟโตรีซีสเตอร์

วิธีการนี้ยอมรับได้เมื่อแรงดันแอโนดค่อนข้างสูง สะดวกและง่ายแม้ว่าโหลดจะมีส่วนประกอบที่ไวต่อปฏิกิริยาก็ตาม แต่ยังมีข้อเสีย: ข้อกำหนดที่ไม่ชัดเจนสำหรับตัวต้านทานที่ จำกัด กระแสซึ่งต้องมีค่าเล็กน้อยเพื่อให้ไทริสเตอร์เปิดใกล้กับจุดเริ่มต้นของครึ่งวงจรของคลื่นไซน์เมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก ไม่ใช่ที่แรงดันไฟหลักเป็นศูนย์ (ในกรณีที่ไม่มีการซิงโครไนซ์) 310 โวลต์ก็สามารถมาถึงได้ แต่กระแสผ่านสวิตช์และผ่านอิเล็กโทรดควบคุมของไทริสเตอร์ไม่ควรเกินค่าสูงสุดที่อนุญาต

ไทริสเตอร์จะเปิดแรงดันไฟฟ้า Uop = Iop * Rlim เป็นผลให้เกิดสัญญาณรบกวนและแรงดันโหลดจะลดลงเล็กน้อยความต้านทานที่คำนวณได้ของตัวต้านทาน Rlim จะลดลงตามค่าความต้านทานของวงจรโหลด ตัวต้านทานในขณะที่เปิดเครื่อง

แต่ในกรณีของอุปกรณ์ทำความร้อน ความจริงที่ว่าในสภาวะเย็น ความต้านทานของอุปกรณ์จะน้อยกว่าอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยความร้อนถึงสิบเท่า อย่างไรก็ตามเนื่องจากในไตรแอกกระแสเปิดสำหรับครึ่งคลื่นบวกและลบอาจแตกต่างกันเล็กน้อย ส่วนประกอบคงที่ขนาดเล็กอาจปรากฏขึ้นบนโหลด

โดยปกติแล้ว เวลาเปิดเครื่องของ SCR จะไม่เกิน 10 μs ดังนั้น เพื่อการควบคุมกำลังโหลดที่ประหยัด จึงสามารถใช้พัลส์เทรนที่มีรอบการทำงาน 5, 10 หรือ 20 สำหรับความถี่ 20, 10 และ 5 กิโลเฮิรตซ์ ตามลำดับ พลังจะลดลงจาก 5 เป็น 20 เท่า

ข้อเสียมีดังต่อไปนี้: ไทริสเตอร์สามารถเปิดได้และไม่ใช่ที่จุดเริ่มต้นของครึ่งรอบเต็มไปด้วยคลื่นและเสียงรบกวน แม้ว่าการเปิดเครื่องจะเกิดขึ้นก่อนการเริ่มต้นของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากศูนย์ แต่ในขณะนี้กระแสของอิเล็กโทรดควบคุมอาจยังไม่ถึงค่าการถือครอง ไทริสเตอร์จะปิดทันทีหลังจากสิ้นสุด ชีพจร.

เป็นผลให้ไทริสเตอร์จะเปิดและปิดก่อนเป็นระยะเวลาสั้น ๆ จนกระทั่งกระแสไฟเป็นรูปไซน์ในที่สุด สำหรับการโหลดที่มีส่วนประกอบอุปนัย กระแสไฟอาจไม่ถึงค่าการถือครอง ซึ่งกำหนดขีดจำกัดที่ต่ำกว่าในระยะเวลาของพัลส์ควบคุม และการใช้พลังงานจะไม่ลดลงมากนัก

การแยกวงจรควบคุมออกจากเครือข่ายนั้นมีให้โดยการเริ่มต้นของแรงกระตุ้นซึ่งสามารถทำได้ง่ายโดยการติดตั้งหม้อแปลงแยกขนาดเล็กบนวงแหวนเฟอร์ไรต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 2 ซม. สิ่งสำคัญคือแรงดันแยก ของหม้อแปลงดังกล่าวควรสูงและไม่ใช่แค่หม้อแปลงพัลส์อุตสาหกรรมทั่วไป...

เพื่อลดพลังงานที่ต้องใช้ในการควบคุมลงอย่างมาก จำเป็นต้องใช้การควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น ต้องปิดกระแสเกตเช่นเดียวกับเปิดไทริสเตอร์ เมื่อปิดสวิตช์ ไทริสเตอร์จะเปิดขึ้น และเมื่อไทริสเตอร์เริ่มนำกระแส ไมโครวงจรจะหยุดจ่ายกระแสผ่านอิเล็กโทรดควบคุม

วิธีการนี้ช่วยประหยัดพลังงานที่จำเป็นในการขับเคลื่อนไทริสเตอร์ได้อย่างแท้จริง หากสวิตช์ปิดอยู่ในปัจจุบัน แรงดันแอโนดยังไม่เพียงพอ ไทริสเตอร์จะไม่เปิดโดยไมโครเซอร์กิต (แรงดันไฟฟ้าควรมากกว่าครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าของไมโครเซอร์กิตเล็กน้อย) สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าของสวิตช์ได้ การเลือกตัวต้านทานแบบแยกส่วน.

ในการควบคุม triac ด้วยวิธีนี้จำเป็นต้องติดตามขั้วดังนั้นจึงเพิ่มบล็อกของทรานซิสเตอร์หนึ่งคู่และตัวต้านทานสามตัวลงในวงจรซึ่งจะแก้ไขช่วงเวลาที่แรงดันไฟฟ้าข้ามศูนย์ โครงร่างที่ซับซ้อนมากขึ้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้