Электромеханические ключи
Для коммутации в электрических схемах используются ключи различного типа:
- механические;
- электромеханические;
- электронные.
К электромеханической группе относятся реле или контакторы. Замыканием и размыканием контактов управляет электромагнит. На катушку электромагнита подается управляющее напряжение, которое может быть как постоянным, так и переменным. Механические контакты реле могут коммутировать практически любые токи. Сопротивление контактной пары ничтожно, падение напряжения на контактах практически отсутствует. Нет потерь мощности при коммутации нагрузок, хотя есть потери на питание управляющей катушки.
Огромным преимуществом контакторов является то, что цепи нагрузки и управления электрически изолированы.
Недостатков тоже немало:
- Ограниченно число переключений. Контакты изнашиваются;
- Возникновение электрической дуги при размыкании — искрение контактов. Приводит к электроэрозии и недопустимо во взрывоопасных средах;
- Низкое быстродействие.
Там, где применение контакторов невозможно или нецелесообразно, применяют электронные ключи.
Скорее всего, Вам пригодится информация о том, как выбрать стабилизатор напряжения 220 вольт.
Самый простой вариант — Реле
Электромагнитное
реле — самый простой вариант управления
микроконтроллером нагрузкой 220В. По
сути это обычный электромагнит. При
подаче постоянного тока на катушку
возникает магнитное поле, сердечник
втягивается и замыкает выводы
Для
управления самим реле применимы те же
методы, описанные в статье «Как
управлять мотором постоянного тока».
Важно обращать внимание на ток удержания
реле и максимальный ток и коммутируемое
напряжение. Как правило, ток удержания
довольно высокий, около 100 мА, а напряжение
5 или 12В. Поэтому управлять напрямую от
микроконтроллера не получится
Нужен
будет транзистор
Поэтому управлять напрямую от
микроконтроллера не получится. Нужен
будет транзистор.
Примерная
схема подключения реле с использованием
MOSFET транзистора. Как видно на схеме,
обязательно наличие диода. Дополнительно
можно ограничить потребляемый ток самим
реле, включив его последовательно через
резистор. Обычно ток удержания сильно
меньше стартового тока при включении
реле. Также можно добавить конденсатор,
чтобы он давал стартовый ток. Примерно
так можно будет выглядеть полная схема:
Основным
минусом схемы с реле является наличие
механической части в реле. Именно эта
часть ограничивает частоту переключений
реле и позволяет использовать реле с
частотой 0.5 Гц или меньше. Таким образом
управлять реле нагрузкой можно только
в режиме включил-выключил, без возможности
регулирования мощности подаваемой на
нагрузку.
Особенности монтажа
Так же как и тиристоры, симисторы при работе греются, поэтому при сборке необходимо обеспечивать отвод тепла. Если нагрузка маломощная или питание импульсное (кратковременное подключение на промежуток менее 1 сек) допускается монтаж без радиатора. В остальных случаях необходимо обеспечить качественный контакт с охлаждающим устройством.
Есть три способа фиксации симистора на радиаторе: клепка, на винте и на зажиме. Первый вариант при самостоятельном монтаже не рекомендуется, так как существует высокая вероятность повреждения корпуса. Наиболее простой способ монтажа в домашних условиях — винтовой.
Порядок монтажа симистора
Перед тем, как начинают монтаж, осматривают корпус прибора и радиатора (охладителя) на предмет царапин и сколов. Их быть не должно. Затем поверхность протирают от загрязнений чистой ветошью, обезжиривают, накладывают термопасту. После чего вставляют в отверстие с резьбой в радиаторе и зажимают шайбу. Крутящий момент должен быть 0.55Nm- 0.8Nm. То есть, необходимо обеспечить должный контакт, но перетягивать тоже нельзя, так как есть риск повредить корпус.
Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки на симисторе
Обратите внимание, что монтаж симистора производится до пайки. Это снижает механическую нагрузку на отводы прибора
И еще: при установке следите за тем, чтобы корпус плотно прижимался к охладителю.
Варисторы и симисторы в стиральных машинках
Варистор Как правило, на входе напряжения питания (в цепи стиральной машинки) всегда установлен защитный варистор. Такой металл-оксидный варистор являет собой это полупроводниковый прибор с особой вольт-амперной характеристикой. Его функция — защита электронных схем аппарата от перенапряжения. Для этого он закорачивает потенциал, переходящий определенный порог безопасности. Варистор с легкостью поглощает высоковольтные скачки напряжения сети, тем самим спасая нашу машинку от перегорания.
Но ничто не вечно, и после нескольких ударов напряжения данный элемент способен выйти из строя: сгореть и даже взорваться. В таких случаях, большой участок платы стиральной машинки покрывается копотью. Такой налет легко отмыть бензином. Параллельно с варистором могут также выйти из строя остальные детали модуля — например, транзисторы с малым запасом мощности. Изображение наиболее распространенных типов защитных варисторов показано на рисунке.
Величина предельного напряжения для каждого варистора обычно напечатана на его корпусе, в среднем это 275 В. Кроме того в электронных модулях ставят защитные вариаторы и в цепях нагрузки: например, в цепи питания ведущего мотора, насоса, ТЭНа, разных клапанов, вентиляторов сушки. Случается, что эти защитные варисторы срабатывают (перегорают) после попадания воды на контакты, которыми подключаются элементы нагрузки. Поэтому при самостоятельном ремонте надо тщательно изучить все разъемы — нет ли на них следов остатков воды или моющего раствора.
Симистор
Их используют для подачи напряжения питания на внешние устройства. Здесь также бывают модели разной мощности. К примеру, обычные симисторы используют для подключения ведущего мотора.
На рисунках ниже показаны симисторы разной мощности, в том числе и в smd-исполнении.
Самые мощные симисторы (используются в подключении цепей ведущего мотора) могут иметь маркировку BTB15, BTB16, BTB24, BT139, MRC419, MAC15, и т.д. Практически они из одного теста.
Работоспособность симисторов определяется «прозвонкой» или с помощью омметра. Между крайними контактами сопротивление колеблется от 100 до примерно 600 Ом. А Сопротивление между средним (корпус) и крайними выводами — бесконечность.
На рисунке мы приводим пример типоразмера
Симисторы средней мощности в стиральных машинках применяются для подключения насосов-помп, клапанов подачи воды, электромагнитов «термостоп» и могут иметь маркировку MAL600, PH600, BT134, а элементы меньшей мощности — MAC97A8, MA7R423 и др.
Сигналы управления
Управляется симистор не напряжением, а током.
Для открытия на затвор надо подать ток определенного уровня. В характеристиках указан минимальный ток открывания — вот это и есть нужная величина. Обычно ток открывания совсем небольшой. Например, для коммутации нагрузки на 25 А, подается управляющий сигнал порядка 2,5 мА. При этом, чем выше напряжение, подаваемое на затвор, тем быстрее открывается переход.
Схема подачи напряжения для управления симистором
Чтобы перевести симистор в открытое состояние, напряжение должно подаваться между затвором и условным катодом. Условным, потому что в разные моменты времени, катодом является то один силовой выход, то другой.
Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель.
Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания.
Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток.
Характеристики
К основным характеристикам можно отнести следующие:
- Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
- Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
- Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
- Обратное напряжение — наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
- Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
- Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
- Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.
Электронные ключи
В настоящее время применяются следующие типы:
- Ключи на биполярных транзисторах;
- Ключи на полевых транзисторах;
- Ключи на управляемых диодах — тиристорах;
- Ключи на симметричных управляемых диодах — симисторах.
Рассмотрим подробно каждый из типов:
На транзисторах
Простейшим электронным ключом является биполярный транзистор. Как известно, биполярный транзистор имеет структуру n-p-n или р-n-p с двумя p-n переходами и тремя выводами: эмиттер, база и коллектор.
Если ток базы отсутствует, ток коллектора равен нулю. Транзистор находится в состоянии отсечки. Это соответствует разомкнутому состоянию.
Если в базу подать ток достаточной величины, транзистор войдет в насыщение, и напряжение на коллекторе будет близко к нулю, независимо от тока коллектора. Это соответствует замкнутому состоянию.
До появления полевых транзисторов ключи на биполярных транзисторах были основой всей полупроводниковой схемотехники.
В полевых транзисторах между выводами стока и истока существует проводящий канал n или р типа. К этому каналу через диэлектрический слой окисла подключен управляющий электрод — затвор. Меняя напряжение на затворе, можно воздействовать на ширину проводящего канала и тем самым менять его проводимость. Управляя затвором, можно переводить ключ в открытое и закрытое состояние.
Ключи на полевых транзисторах превосходят ключи на биполярных по быстродействию, поскольку биполярные транзисторы медленно выходят из режима насыщения.
Сегодня все компьютеры, смартфоны и прочие гаджеты собраны на комплиментарных (то есть разнополярных) МОП транзисторах. В быстродействующей силовой электронике также применяются мощные полевые транзисторы.
На тиристорах
Если добавить к структуре биполярного транзистора еще один p-n переход, можно получить прибор с очень интересными свойствами — управляемый диод, или тиристор.
Тиристор — это полупроводниковый прибор со структурой p-n-p-n или n-p-n-p. Он имеет три или реже четыре вывода. Вывод, подключенный к внешнему слою p, называется анод, к внешнему слою n — катод. Управляющий электрод, называемый базой, подключается к одному из внутренних слоев, обычно к тому, который примыкает к катоду. Тиристор может иметь и две базы, но это не принципиально.
Эта структура эквивалентна соединению двух, транзисторов с разным типом проводимости, показанному на рисунке.
Это два транзисторных ключа, включенных навстречу друг другу. База каждого из транзисторов подключена к коллектору другого. Эта схема напоминает триггер — элемент с памятью. Если подать в базу отпирающий ток, то тиристор откроется, но из-за эффекта памяти останется в этом состоянии до тех пор, пока ток через него не снизится практически до нуля.
У тиристора очень необычная вольт-амперная характеристика. Она имеет S — образную форму.
Характеристика показывает зависимость тока через тиристор от напряжения между анодом и катодом при различных значениях тока базы IG. Напряжение Vbo соответствует напряжению включения тиристора. Vbr соответствует напряжению пробоя.
При достаточно большом токе базы тиристор ведет себя как диод. Иногда тиристор называют управляемым диодом, что соответствует его графическому обозначению на схемах. Тиристор проводит ток в одном направлении.
Тестирование элемента
Существует несколько способов проверки симистора на работоспособность. Для самого простого понадобится только лишь мультиметр, а для более сложных измерений — автономный источник питания или тестовая схема.
С помощью тестера проверка происходит с использованием знаний, основанных на принципе работы симистора. Диагностика мультиметром не сможет определить все характеристики элемента, но вполне достаточной будет для первичного тестирования работоспособности.
Простую проверку можно осуществить, используя лампочку и элемент питания. Для этого одна клемма батарейки подключается на управляющие и рабочие выводы симистора, а вторая — на цоколь лампочки. Вывод элемента соединяется с центральным контактом осветителя. В этом случае переход должен быть открыт, тогда лампочка загорится.
Проверка тестером
Для проведения тестов подойдёт прибор любого типа действия, но при этом необходимо, чтобы значения выдаваемого им тока хватило для переключения элемента. Поэтому более предпочтительным будет использование аналогового прибора. Например, чтобы проверить тестером BTB12-800CW, понадобится обеспечить ток порядка 30 мА, а для BTB16-700BW этот показатель должен быть равен 15 мА.
Также понадобится обратить внимание на состояние батарейки, стоящей в тестере. В цифровом устройстве на экране не должен высвечиваться значок замены батарейки, а в аналоговом при закорачивании щупов друг на друга стрелка должна указывать на ноль. Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора
Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:
Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора. Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:
- Измерительные щупы подключаются к силовым выводам симистора T1 и T2. Если радиоэлемент исправен, то мультиметр должен показать бесконечно большое сопротивление.
- Меняется полярность приложенного сигнала на рабочих выводах. Для этого измерительные щупы переставляются. Сопротивление также должно быть большим.
- Кратковременно соединяется рабочий вывод T1 или T2 и управляющий электрод G.
- Снова измеряется сопротивление перехода между T1 и T2. В одну сторону оно должно измениться. Так, для BTB12-800CW оно составит около 50 Ом.
- Изменяется полярность. При этом импеданс перехода должен быть большим, что соответствует отсутствию обратного пробоя.
Использование схемы
Существует множество различных схем, использующихся радиолюбителями для тестирования работоспособности триака. Но лучше применять универсальную схему, способную проверить любой элемент тиристорного семейства, например, BTB16-700BW. Она не нуждается в настройке и работает сразу после сборки. Для того чтобы её собрать, понадобятся следующие элементы:
- Резисторы R1—R4 470 Ом, R4—R5 1 кОм.
- Конденсаторы С1 и С2 — 100 мкФ х 6,5 В.
- Диоды VD1, VD2, VD5 и VD6 — 2N4148; VD2 и VD3 — АЛ307.
В качестве источника питания можно использовать батарейку типа КРОНА.
Суть измерений сводится к следующим действиям: переключатель S3 переставляется в верхнее положение, в результате на устройство подаётся питание. После этого кратковременным нажатием на кнопку S2 подаётся ток на управляющий вывод элемента.
Если BTB16-700BW рабочий, то его переход должен открыться, о чём просигнализирует светодиод VD3. Затем переключатель устанавливается в среднее положение, светодиод должен погаснуть. На следующем этапе S3 переключается в нижнее положение, и нажимается кнопка S2. Результатом этих действий будет загорание светодиода VD4. Такое поведение симистора позволит со стопроцентной уверенностью заявить о его работоспособности.
Проверить симистор не так уж и сложно, особенно если использовать тестер, хотя лучше собрать специальную схему. Но при этом стоит отметить, что из-за высокой чувствительности триаков к току переключения в качестве мультиметров лучше применять стрелочные приборы.
Симисторы 4
Симиcтop (симметричный триодный тиристор
) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.
| Название | Описание |
| T1035H-6G | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В |
| T1035H-6I | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В, изолированный корпус |
| T1035H-6T | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В |
| T1050H-6G | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В |
| T1050H-6I | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В, изолированный корпус |
| T1050H-6T | Высокотемпературный симистор на 10А, 600В |
| T1210-800G | Симистор на 12 Ампер 800 Вольт, логический уровень |
| T1210T-6I | Симистор на 12А, 600В, логический уровень, изолированный корпус |
| T1220T-6I | Бесснабберный симистор на 12А, 600В, изолированный корпус |
| T1225T-6I | Симистор на 12А, 600В, изолированный корпус |
| T1235-600G | Симистор на 12 Ампер 600 Вольт, бесснабберный |
| T1235-600R | Симистор на 12 Ампер 600 Вольт, бесснабберный |
| T1235-800G | Симистор на 12 Ампер 800 Вольт, бесснабберный |
| T1235-800R | Симистор на 12 Ампер 800 Вольт, бесснабберный |
| T1235H-6G | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В |
| T1235H-6I | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В, изолированный корпус |
| T1235H-6T | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В |
| T1235T-6I | Бесснабберный симистор на 12А, 600В, изолированный корпус |
| T1250-600G | Симистор на 12 Ампер 600 Вольт, бесснабберный |
| T1250H-6G | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В |
| T1250H-6I | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В, изолированный корпус |
| T1250H-6T | Высокотемпературный симистор на 12А, 600В |
| T1610-600G | Симистор на 16А, 600В, логический уровень |
| T1610-800G | Симистор на 16А, 800В, логический уровень |
| T1620-600W | Бесснабберный симистор на 16А, 600В |
| T1620-800W | Бесснабберный симистор на 16А, 800В |
| T1630-600W | Бесснабберный симистор на 16А, 600В |
| T1630-800W | Бесснабберный симистор на 16А, 800В |
| T1635-600G | Симистор на 16 Ампер 600 Вольт, бесснабберный |
| T1635-800G | Симистор на 16 Ампер 800 Вольт, бесснабберный |
| T1635H-6G | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В |
| T1635H-6I | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В, изолированный корпус |
| T1635H-6T | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В |
| T1650H-6G | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В |
| T1650H-6I | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В, изолированный корпус |
| T1650H-6T | Высокотемпературный симистор на 16А, 600В |
| T2035H-6G | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В |
| T2035H-6I | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В, изолированный корпус |
| T2035H-6T | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В |
| T2050H-6G | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В |
| T2050H-6I | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В, изолированный корпус |
| T2050H-6T | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 20А, 600В |
| T2535-600G | Симистор на 25 Ампер 600 Вольт, бесснабберный, неизолированный корпус |
| T2535-800G | Симистор на 25 Ампер 800 Вольт, бесснабберный, неизолированный корпус |
| T2550H-600T | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 25А, 600В |
| T3035H-6I | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 30А, 600В, изолированный корпус |
| T3035H-6T | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 30А, 600В |
| T3050H-6I | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 30А, 600В, изолированный корпус |
| T3050H-6T | Высокотемпературный бесснабберный симистор на 30А, 600В |
Электронные ключи
В настоящее время применяются следующие типы:
- Ключи на биполярных транзисторах;
- Ключи на полевых транзисторах;
- Ключи на управляемых диодах — тиристорах;
- Ключи на симметричных управляемых диодах — симисторах.
Рассмотрим подробно каждый из типов:
На транзисторах
Простейшим электронным ключом является биполярный транзистор. Как известно, биполярный транзистор имеет структуру n-p-n или р-n-p с двумя p-n переходами и тремя выводами: эмиттер, база и коллектор.
Если ток базы отсутствует, ток коллектора равен нулю. Транзистор находится в состоянии отсечки. Это соответствует разомкнутому состоянию.
Если в базу подать ток достаточной величины, транзистор войдет в насыщение, и напряжение на коллекторе будет близко к нулю, независимо от тока коллектора. Это соответствует замкнутому состоянию.
До появления полевых транзисторов ключи на биполярных транзисторах были основой всей полупроводниковой схемотехники.
В полевых транзисторах между выводами стока и истока существует проводящий канал n или р типа. К этому каналу через диэлектрический слой окисла подключен управляющий электрод — затвор. Меняя напряжение на затворе, можно воздействовать на ширину проводящего канала и тем самым менять его проводимость. Управляя затвором, можно переводить ключ в открытое и закрытое состояние.
Ключи на полевых транзисторах превосходят ключи на биполярных по быстродействию, поскольку биполярные транзисторы медленно выходят из режима насыщения.
Сегодня все компьютеры, смартфоны и прочие гаджеты собраны на комплиментарных (то есть разнополярных) МОП транзисторах. В быстродействующей силовой электронике также применяются мощные полевые транзисторы.
https://youtube.com/watch?v=MAH_cO__Np0
На тиристорах
Если добавить к структуре биполярного транзистора еще один p-n переход, можно получить прибор с очень интересными свойствами — управляемый диод, или тиристор.
Тиристор — это полупроводниковый прибор со структурой p-n-p-n или n-p-n-p. Он имеет три или реже четыре вывода. Вывод, подключенный к внешнему слою p, называется анод, к внешнему слою n — катод. Управляющий электрод, называемый базой, подключается к одному из внутренних слоев, обычно к тому, который примыкает к катоду. Тиристор может иметь и две базы, но это не принципиально.
Эта структура эквивалентна соединению двух, транзисторов с разным типом проводимости, показанному на рисунке.
Это два транзисторных ключа, включенных навстречу друг другу. База каждого из транзисторов подключена к коллектору другого. Эта схема напоминает триггер — элемент с памятью. Если подать в базу отпирающий ток, то тиристор откроется, но из-за эффекта памяти останется в этом состоянии до тех пор, пока ток через него не снизится практически до нуля.
У тиристора очень необычная вольт-амперная характеристика. Она имеет S — образную форму.
Характеристика показывает зависимость тока через тиристор от напряжения между анодом и катодом при различных значениях тока базы IG. Напряжение Vbo соответствует напряжению включения тиристора. Vbr соответствует напряжению пробоя.
При достаточно большом токе базы тиристор ведет себя как диод. Иногда тиристор называют управляемым диодом, что соответствует его графическому обозначению на схемах. Тиристор проводит ток в одном направлении.
Полупроводниковая структура симистора
Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия. Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.
Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.
По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а p—n-переходы j2 и j4 подключаются в прямом, а p—n-переходы j1 и j3 – в обратную сторону. Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную p—n—p—n структуру с добавочным пятым слоем n0 , который граничит со слоем p1.
Симистор — мощный ключ для сети 220 В
Самый простой способ управления
нагрузкой 220В — использовать реле. Оно
позволяет с помощью постоянного
напряжения управлять мощной нагрузкой.
В этой статье не будет рассматривать
этот метод, он достаточно простой.
Достаточно подать напряжение на магнит
реле и он замкнёт контакты. К сожалению,
реле не позволяет управлять нагрузкой
достаточно быстро. При большом количестве
включений\выключений оно быстро выходит
из строя. Также, в момент переключения
возникают большие импульсные помехи.
Использовать реле лучше при частоте
управления не больше одного раза в 2-3
секунды.
Как мы уже знаем по статье «Как
управлять мотором постоянного тока»
в цепях постоянного тока транзистор
является электронным ключом, устройством,
которое позволяет малым напряжением
или током управлять более мощной
нагрузкой.
Для переменного тока тоже существуют
такие электронные ключи — Симисторы.
Симистор проводит ток в обоих
направлениях, поэтому используется в
сетях переменного тока. Для управления
нагрузкой основные электроды симистора
включаются в цепь последовательно с
нагрузкой. В закрытом состоянии
проводимость симистора отсутствует,
нагрузка выключена. При подаче на
управляющий электрод отпирающего
сигнала между основными электродами
симистора возникает проводимость,
нагрузка оказывается включённой.
Для удержания симистора в открытом
состоянии нет необходимости постоянно
подавать сигнал на управляющий электрод
(в отличие от транзистора). Он остаётся
открытым, пока протекающий через основные
выводы ток превышает некоторую величину,
называемую током удержания. Отсюда
следует, что выключение нагрузки в цепи
переменного тока происходит вблизи
моментов времени, когда ток через
основные электроды симистора меняет
направление (обычно это совпадает по
времени со сменой полярности напряжения
в сети переменного тока). Эта точка на
синусоиде называется переходом через
ноль.
Симистором можно управлять напрямую
от микроконтроллера, но для этого нужен
довольно большой ток — 10-20 мА. Существуют
также логические симисторы. У них ток
управления составляет около 5 мА. В
схемах лучше использовать обычные
симисторы, они более защищены от
самопроизвольного открытия. Что это
такое и как можно управлять обычными
симисторами? Читаем дальше.
Для начала посмотрим насколько мощной
нагрузкой может управлять типичный
симистор. Возьмём для примера симистор
BT139-800. В datasheet
обычно приводят графики выделяемой
мощности на симисторе при управлении
нагрузкой. Вот пример такого графика.
Зная
выделяемую мощность, используем параметры
рассеивания тепла корпусом, чтобы
получить температуру нагрева симистора
и оценить его работоспособность.
Из всех этих параметров следует, что
без радиатора данный симистор может
рассеять около 2Вт тепла. При управлении
полными полупериодами нужно брать
график тока для a=180 градусам. График в
этой области практически линейный,
поэтому можно сказать, что средний ток
будет около 2А.
То есть без радиатора этот симистор
сможет управлять нагрузкой в 2А * 220В =
440 Вт. В остальных случаях нужен будет
радиатор.
Теперь разберёмся как микроконтроллер
может управлять мощным симистором?
Виды
Говоря о видах устройств, необходимо принять тот факт, что это симистор считается одним из типов тиристоров. Если существуют различия по работе, в таком случае и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Отличия заключаются в управляющем катоде и в разных принципах работы данных тиристоров.
Импортные устройства обширно представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов заключается в том, что они не требуют заблаговременной настройки в самой схеме. Это даёт возможность экономить детали и место в печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно уже после введения в схему. Необходимо только точно выбрать нужный симистор по всем необходимым данным.
