Популярные симисторы on semiconductor

Симисторы (симметричные либо двунаправленные тиристоры — триаки либо triac) — полупроводниковые ключи, созданные для работы в сетях переменного напряжения, проводящие ток в обоих направлениях и имеющие симметричную вольт-амперную характеристику. Почти всегда симисторы употребляются в качестве главного регулятора переменного тока, вытеснив используемые ранее для этого устройства, состоящие из 2-ух встречно-параллельно включенных тиристоров.

На рисунке 1 приведены полупроводниковая структура симистора и квадранты с указанием напряжений на электродах для каждого режима работы.

Рис. 1. Полупроводниковая структура симистора и напряжения на электродах при работе

Триак может управляться как положительным, так и отрицательным напряжением меж управляющим электродом (затвором) и МТ1 (Main Terminal 1 — основной электрод 1 симистора). Эта особенность позволяет симистору работать во всех 4 секторах. При работе симистора на нагрузку в сети переменного тока 220 В (регуляторы скорости вращения мотора, регуляторы яркости лампы либо диммеры) полярности затвора и основного электрода МТ1 всегда совпадают. Из этого следует, что в таких случаях симисторы работают в первом и 3-ем квадрантах. При всем этом характеристики коммутации триаков фактически схожи, а затвор обладает наибольшей чувствительностью. Вольт-амперная черта переключения для этого варианта и главные характеристики симистора приведены на рисунке 2.

Рис. 2. Вольт-амперная черта и главные характеристики симисторов

Ток удержания охарактеризовывает малое значение тока через симистор, при котором он еще находится в открытом состоянии. Если поглядеть на полупроводниковую структуру симистора, то можно убедиться, что этот прибор не может иметь безупречную симметрию свойства и характеристик, потому производители не выпускают триаки на очень огромные токи, какие достижимы у тиристоров. Не считая того, у симисторов могут отличаться значения токов управления для различных квадрантов (эти характеристики приводятся в документации производителя). Главные характеристики более фаворитных симисторов компании ON Semiconductor отражены в таблицах 1 и 2. Наименования для бессвинцовых компонент производитель приводит с окончанием «G» (от слова Green — зеленоватый либо экологически незапятнанный, в этом случае — не содержащий свинца и других вредных веществ).

Таблица 1. Главные характеристики симисторов ON Semiconductor малой и средней мощности

Наименование Корпус Iмакс. (А) Uмакс. (В) Iперегруз. (А) IGT (ток затвора), мА (макс.) Q1 Q2 Q3 Q4 MAC97A6 TO-92

(TO-226AA) 0,6 400 8,0 5,0 5,0 5,0 7,0 MAC97A8 600 Z0103MA 1,0 600 3,0 3,0 3,0 5,0 Z0107MA 5,0 5,0 5,0 7,0 Z0109MA 10 10 10 10 Z0103MN SOT-223 3,0 3,0 3,0 5,0 Z0107MN 5,0 5,0 5,0 7,0 Z0109MN 10 10 10 10 T2322B TO-225AA

(TO-126) 2,5 200 25 10 10 10 10 2N6073A 4,0 400 30 5,0 5,0 5,0 10 2N6075A 600 MAC4DHM D-PAK

(Case 369C) 40 5,0 5,0 5,0 10 MAC4DSM 10 10 10 — MAC4DSN 800 MAC4DCN 35 35 35 —

Таблица 2. Главные характеристики симисторов ON Semiconductor в корпусах TO-220

Наименование Корпус Iмакс. (А) Uмакс. (В) Iперегруз. (А) IGT (ток затвора), мА (макс.) Q1 Q2 Q3 Q4 T2500D TO-220AB 6 400 60 25 60 25 60 MAC8N TO-220AB 8 800 80 35 35 35 — MAC9M TO-220AB 600 50 50 50 — MAC9N TO-220AB 800 MAC228A8 TO-220AB 600 5 5 5 10 MAC228A10 TO-220AB 800 BTA08-600CW3G TO-220AB Isolated* 600 90 50 50 50 — BTA08-800CW3G TO-220AB Isolated 800 BTB08-600CW3G TO-220AB 600 BTB08-800CW3G TO-220AB 800 BTA08-600BW3G TO-220AB Isolated 600 90 50 50 — BTA08-800BW3G TO-220AB Isolated 800 BTB08-600BW3G TO-220AB 600 BTB08-800BW3G TO-220AB 800 MAC12SM TO-220AB 12 600 5 5 5 — MAC12SN TO-220AB 800 MAC12M TO-220AB 600 100 35 35 35 — MAC12N TO-220AB 800 MAC212A8 TO-220AB 600 50 50 50 75 MAC212A10 TO-220AB 800 BTA12-600CW3G TO-220AB Isolated 600 105 35 35 35 — BTA12-800CW3G TO-220AB Isolated 800 BTB12-600CW3G TO-220AB 600 BTB12-800CW3G TO-220AB 800 BTA12-600BW3G TO-220AB Isolated 600 120 50 50 50 — BTA12-800BW3G TO-220AB Isolated 800 BTB12-600BW3G TO-220AB 600 BTB12-800BW3G TO-220AB 800 MAC15SM TO-220AB 15 600 5,0 5,0 5,0 — MAC15SN TO-220AB 800 MAC15M TO-220AB 600 150 35 35 35 — MAC15N TO-220AB 800 MAC15A6 TO-220AB 400 50 50 50 75 MAC15A8 TO-220AB 600 MAC15A10 TO-220AB 800 MAC16M TO-220AB 600 50 50 50 — MAC16N TO-220AB 800 MAC16CM TO-220AB 16 600 35 35 35 — MAC16CN TO-220AB 800 BTA16-600CW3G TO-220AB Isolated 600 170 35 35 35 — BTA16-600CW3G TO-220AB Isolated 800 BTB16-600CW3G TO-220AB 600 BTB16-800CW3G TO-220AB 800 BTA16-600BW3G TO-220AB Isolated 600 50 50 50 — BTA16-800BW3G TO-220AB Isolated 800 BTB16-600BW3G TO-220AB 600 BTB16-800BW3G TO-220AB 800 *Isolated — изолированный корпус ТО-220 с внутренней изоляцией кристалла.

Очень допустимые токи симисторов ON Semiconductor находятся в спектре от 0,6 до 16 А. Симисторы одной серии в большинстве случаев отличаются чувствительностью затвора. Для применений с маленькими помехами по цепям питания обычно выбирают приборы с низким током управления. Для работы при огромных импульсных помехах предпочтение отдается триакам с высочайшим значением тока управления (см. значения тока затвора в таблицах 1 и 2). Симисторы характеризуются высочайшим допустимым током перегрузки, который выше очень допустимого среднего тока приблизительно в 10 раз.

Триаками комфортно управлять от низковольтных логических выходов. На рисунках 3 и 4 проиллюстрировано управление симистором от логических уровней с обеспечением оптической развязки.

Рис. 3. Включение (открывание) симистора уровнем логического нуля с обеспечением гальванической развязки

Рис. 4. Включение (открывание) симистора уровнем логической единицы с обеспечением гальванической развязки

Мало допустимое напряжение питания для схем, приведенных на рисунках 3 и 4, ограничено падением напряжения на открытом транзисторе и светодиоде оптрона. Падение напряжения на открытом транзисторе составляет около 0,1 В — падение на открытом светодиоде находится в границах от 1 до 1,5 В зависимо от типа оптрона. Падение напряжения на ограничительном резисторе R3 — это разность меж напряжением питания логической части схемы (либо микроконтроллера) и суммой падений напряжений на открытом транзисторе и светодиоде. Из этих соотношений читатель может просто высчитать мало допустимое напряжение питания логической части схемы для надежного открывания симистора. Ток управления симистором будет определяться выходным каскадом оптопары и коэффициентом передачи тока меж входом и выходом оптрона (Current Transfer Ratio либо CTR).

Эффект dv/dt и методы борьбы с ним

Управляющий сигнал для симистора нужен только для его включения (выключение происходит при понижении коммутируемого тока ниже тока удержания), но при высочайшей скорости конфигурации коммутируемого напряжения dv/dt есть возможность самопроизвольного включения триака даже при отсутствии управляющего сигнала. По этой причине производители симисторов указывают очень допустимую величину dv/dt, при которой неуправляемое включение триака не происходит. Превышение скорости нарастания выше обозначенных значений в документации может привести к выходу симисторных структур из строя. Причинами ненужных включений могут стать импульсные помехи по цепям питания нагрузки либо выбросы напряжения при срабатывании ключа, работающего на индуктивную нагрузку. Действенный метод решения этой трудности — включение снабберной (демпфирующей) RC-цепи параллельно выходу главного каскада, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Управление симистором с переключением по нулевому уровню и защитой снабберной

В снабберной цепи лучше использовать металлопленочный полиэстерный конденсатор. Его номинал выбирается в границах 0,01…0,1 мкФ, сопротивление резистора — от 20 до 500 Ом. Эти значения следует рассматривать исключительно в качестве приблизительных величин. Подробный расчет снабберных цепей можно отыскать в руководстве по применению AN1048/D компании On Semiconductor («RC Snabber Networks for Thyristor Power Control and Transient Supression»).

В особенности принципиально направить внимание на обеспечение допустимых режимов работы симисторов при их работе на индуктивную нагрузку. На рисунке 6 приведены диаграммы напряжений при работе симистора на резистивную и индуктивную нагрузки. На активной нагрузке ток через симистор совпадает по фазе с выходным напряжением. При работе на индуктивную нагрузку ток через симистор имеет фазовый сдвиг q (задержку). Из-за этого в моменты переключения по нулевому уровню тока напряжение на симисторе не равно нулю (возникают выбросы напряжения). Более противный момент происходит при выключении триака, работающего на индуктивную нагрузку. В эти моменты скорость нарастания напряжения на симисторе dv/dt может достигнуть неприемлимо огромных значений и вывести прибор из строя, если не принять никаких мер защиты (снабберная RC-цепь, варистор, защитные ограничительные диоды — супрессоры).

Рис. 6. Диаграммы напряжений при работе симистора на активную и индуктивную нагрузки

Для обеспечения переключения симистора по нулевому уровню тока можно использовать схему с оптической развязкой, приведенной на рисунке 5. Интегрированная в оптроны схема управления обеспечивает надежное срабатывание по нулевому току.

Достоинства симисторов в сопоставлении с электромеханическими реле и контакторами

Механический ресурс электромеханических реле ограничен и определяется очень вероятным количеством переключений. Количество переключений полупроводниковых ключей при правильном расчете и допустимых критериях эксплуатации устройств фактически не имеет ограничений. Симисторы позволяют коммутировать нагрузку в каждом полупериоде напряжения сети. Электромеханические реле не могут переключать нагрузку с частотой, допустимой для триаков. Не считая того, высочайшая частота переключений электромеханических реле резко понижает их ресурс даже при малой нагрузке. Переключение реле вызывает искрообразование, потому нужно использовать особые меры для искрогашения. В неких случаях стопроцентно убрать образование искр не удается, что ведет к созданию массивных электрических помех. Высокочастотные помехи могут приводить к сбоям в работе прецизионной чувствительной техники, а симисторные коммутаторы при переключении по нулевому уровню делают значительно наименьшие помехи этого типа.