Trijak („triak” u američkoj terminologiji) je dvosmjerni simetrični tiristor. Triaci su vrlo pogodni za ključne upravljačke sisteme u AC krugovima. Kao rezultat toga, praktički su zamijenili tiristore iz kućanskih aparata (mašine za pranje rublja, usisivači, itd.).

Triac nema anodu i katodu. Njegova tri izlaza nazivaju se: UE (kontrolna elektroda), SEU (elektroda napajanja koja se nalazi bliže UE), SE (elektroda napajanja na bazi uređaja). Postoje i slični strani nazivi usvojeni u triacima, odnosno "G" (kapija - zatvarač), "T1" (glavni terminal 1) i "T2" (glavni terminal 2).

Triac, ovisno o dizajnu, može se otvoriti i pozitivnim i negativnim impulsima na izlazu UE. CVC grane su simetrične, tako da struja kroz energetske elektrode može biti i ulazna i izlazna. Ukupno postoje četiri režima rada u kvadrantima 1…4 (slika 2.105).

Rice. 2.105. Načini rada trijaka (triaka).

Prvi koji su razvijeni bili su četverokvadrantni trijaci ili, drugim riječima, 4Q-TpnaKM. Za normalan rad zahtijevaju uvođenje prigušnih LS lanaca (100 Ohm, 0,1 MK F) u krug, koji se postavljaju paralelno sa energetskim elektrodama SEU i SSE. Na tako jednostavan način smanjuje se brzina porasta napona kroz trijak i eliminišu se lažni alarmi pri povišenim temperaturama i značajnom induktivnom ili kapacitivnom opterećenju.

Nedavna tehnološka dostignuća omogućila su stvaranje trokvadrantnih triaka ili, drugim riječima, 3Q triaka. Oni, za razliku od "4Q" triaka, rade u tri od četiri kvadranta i ne zahtijevaju JC lance. Tipični parametri 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208…225 kompanije Philips: maksimalni prekidački napon 600…800 V, struja energetskog dijela 8…25 A, struja otpuštanja gejta (UE) 2…50 mA, mali SMD paket.

Šeme za povezivanje trijaka na MK mogu se podijeliti u dvije grupe: bez odvajanja od mreže od 220 V (slika 2.106, a ... r) i sa galvanskom izolacijom (slika 2.107, a ... l).

Neke primjedbe. Tipovi trijaka naznačeni na dijagramima su ujednačeni, uglavnom KU208x, BTxxx, MACxxx. Ovo se radi namjerno da se istakne sklop niskonaponskog upravljačkog dijela, budući da je najbliži MK. U praksi možete koristiti druge vrste triaka, prateći njihovu izlaznu snagu i amplitudu kontrolne struje.

U pravilu, lanci amortizera u energetskom dijelu odsutni su na dijagramima. Ovo je pojednostavljenje kako se ne bi zatrpavale brojke, jer se pretpostavlja da je otpor opterećenja RH čisto aktivan. U stvarnom životu, prigušenje je neophodno za 4Q trijake ako opterećenje ima značajnu induktivnu ili kapacitivnu komponentu.

a) VISOKI nivo na izlazu MK otvara tranzistor VT1, kroz koji se uključuje trijak VS1. Varistor RU1 štiti trijak od napona, počevši od praga od 470 V (rasprostranjenost 423 ... 517 V). Ovo je relevantno za induktivnu prirodu opterećenja jR H ;

b) slično kao na sl. 2.106, ali sa drugačijim polaritetom signala na izlazu MK i sa tranzistorom VT1 različite strukture, koji obavlja funkciju pretvarača napona. Zbog niskog otpora otpornika R2, povećana je otpornost na buku. Otpor otpornika R2 se bira prema istim kriterijima kao i za tiristorska kola;

Rice. 2.106. Šeme za povezivanje trijaka na MK bez galvanske izolacije.

c) visokonaponski tranzistor GU2 zatvara dijagonalni diodni most VD1 na LOW nivou na MK liniji. Tranzistor VT1 u trenutku ponovnog pokretanja MK je u otvorenom stanju zbog otpornika R1, dok se trijak VS1 zatvara i struja ne teče kroz opterećenje R H;

d) direktno upravljanje VS1 trijakom sa jednog ili više MK izlaza. Paralelnost linija se koristi kada je kontrolna struja nedovoljna (prikazano isprekidanom linijom). Struja kroz opterećenje RH nije veća od 150 mA. Moguće zamjene: VS1 - MAC97A8, VD2 - KC147A.

a) trijak VS1 se uključuje / isključuje u prisustvu / odsustvu impulsa od 50 ... 100 kHz generiranih iz MK izlaza. Izolacijski transformator T1 je namotan na feritni prsten N30 i sadrži 15 zavoja u I namotu, 45 zavoja žice PEV-0,2 u II namotu;

b) jednostavna shema izolacije transformatora. VS1 trijak se uključuje kratkim impulsima sa MK izlaza. Kontrolna struja zavisi od omjera transformacije 77;

Rice. 2.107. Sheme galvanske izolacije MK od trijaka.

c) izolacioni transformator T1 je namotan na feritni prsten M1000HM dimenzija K20xl2x6 i sadrži 60 zavoja u I namotu, 120 zavoja žice PEV-0,2 u II namotu. Lanac R3, C1 akumulira energiju za impulsni komutacijski tranzistor K77;

d) ako nije potrebno često uključivanje/isključivanje opterećenja, relej K1 se može koristiti za galvansku izolaciju. Njegovi kontakti moraju bez kvara izdržati naizmjenični napon od 220 V. U nekim strujnim krugovima otpornik za ograničavanje struje R3 je kratko spojen;

e) kontakti reed prekidača SF1 su zatvoreni kada struja protiče kroz induktor L1 koji je namotan na njegovo tijelo. Dostojanstvo - super visoka otpornost izolacije;

f) galvanska izolacija na tranzistorskom optospojnici VU1. Otpornik R3 poboljšava otpornost na buku, ali može biti odsutan. Otpornik R2 određuje prag otvaranja tranzistora VT1. Kada se koriste trijaci KU208, TC106-10, otpor otpornika R2 se smanjuje na 30 ... 75 kOhm;

g) trijakom VS1 upravlja drajver DA1 (na stari način, KR1182PM1), koji omogućava glatku promjenu struje u opterećenju R H ovisno o naponu na kondenzatoru C1. Ako je optocoupler tranzistor W / zatvoren, tada se kondenzator C1 puni iz unutrašnjeg ION mikrokola DA1 i u opterećenju se postavlja maksimalni napon. Otpornik R4 može biti odsutan u prisustvu otpornika R3. Otpornik R3 može biti kratko spojen u prisustvu otpornika R4\

h) galvanska izolacija na optorotporniku VU1. Otpornik R1 odabire struju kroz svoj emiter VU1 i, shodno tome, kontrolnu struju trijaka VS1;

i) korištenje dva optotiristora VU1, UU2shch \ I za prebacivanje trijaka VS1 u bilo kojem podperiodu mrežnog napona. Otpornik L2 ograničava kontrolnu struju trijaka;

j) ulaz UE trijaka VS1 se napaja iz zasebnog niskonaponskog namota industrijskog transformatora T1TPP235-220/110-50;

k) upotreba optotiristora VU1 za kontrolu VS1 trijaka (zamjenjujući KU208D1). Od dva otpornika za ograničavanje struje R2, R3, jedan je obično ostavljen, drugi je zatvoren kratkospojnikom. VD1 zamjena - KTS407A most ili četiri odvojene KD226 diode.

Izvor:
Ryumik, S. M., 1000 i jedno kolo mikrokontrolera. Problem. 2, :LR Dodeka-XX1, 2011. - 400 str.: ilustr. + CD. - (Serija "Programabilni sistemi").

U sljedećim člancima bit će uređaji koji moraju upravljati vanjskim opterećenjem. Pod eksternim opterećenjem mislim na sve što je zakačeno na nožice mikrokontrolera - LED diode, sijalice, releji, motori, aktuatori... dobro, razumete. I koliko god da je ova tema zaluđena, ali da bih izbjegao ponavljanje u sljedećim člancima, ipak riskiram da ne budem originalan - oprostit ćete mi :). Ukratko ću, u obliku preporuke, pokazati najčešće načine povezivanja opterećenja (ako želite nešto dodati, samo ću biti sretan).
Složimo se odmah da je riječ o digitalnom signalu (mikrokontroler je još uvijek digitalni uređaj) i nećemo odstupiti od opće logike: 1 - uključeno, 0 -ugašeno. Počnimo.

DC opterećenja su: LED diode, lampe, releji, DC motori, servo pogoni, razni aktuatori, itd. Takvo opterećenje je najjednostavnije (i najčešće) povezano s mikrokontrolerom.

1.1 Povezivanje opterećenja kroz otpornik.
Najjednostavniji i vjerovatno najčešće korišteni metod kada su u pitanju LED diode.

Otpornik je potreban kako bi se ograničila struja koja teče kroz nogu mikrokontrolera na prihvatljivu 20mA. To se zove balast ili gašenje. Možete grubo izračunati vrijednost otpornika znajući otpor opterećenja Rn.

Ponovno gašenje =(5v / 0,02A) - Rn = 250 - Rn

Kao što vidite, čak iu najgorem slučaju, kada je otpor opterećenja nula, 250 oma je dovoljno da osigura da struja ne prelazi 20 mA. Dakle, ako ne želite da tu nešto brojite, stavite 300 ohma i zaštitit ćete port od preopterećenja. Prednost metode je očigledna - jednostavnost.

1.2 Povezivanje opterećenja koristeći bipolarni tranzistor.
Ako se dogodilo da vaše opterećenje troši više od 20mA, onda, naravno, otpornik ovdje neće pomoći. Morate nekako povećati (čitati pojačati) struju. Šta se koristi za pojačanje signala? U redu. Tranzistor!

Za pojačanje je pogodnije primijeniti n-p-n tranzistor spojen u kolo OE. Ovom metodom možete povezati opterećenje s većim naponom napajanja od napajanja mikrokontrolera. Osnovni otpornik je ograničavajući otpornik. Može varirati u širokom rasponu (1-10 kOhm), u svakom slučaju, tranzistor će raditi u načinu zasićenja. Tranzistor može biti bilo koji n-p-n tranzistor. Dobitak je praktično irelevantan. Tranzistor se bira prema struji kolektora (struja koja nam je potrebna) i naponu kolektor-emiter (napon koji napaja opterećenje). Važna je i disipacija snage - kako se ne bi pregrijali.

Od uobičajenih i lako dostupnih, možete koristiti BC546, BC547, BC548, BC549 sa bilo kojim slovima (100mA), a isto će učiniti i KT315 (od nekoga ko je ostao sa starim zalihama).
- Datasheet za bipolarni tranzistor BC547

1.3 Povezivanje opterećenja koristeći tranzistor sa efektom polja.
Pa, ako struja našeg opterećenja leži unutar desetak ampera? Bipolarni tranzistor se ne može koristiti, jer su kontrolne struje takvog tranzistora velike i najvjerovatnije će premašiti 20mA. Izlaz može biti ili kompozitni tranzistor (pročitajte ispod) ili tranzistor sa efektom polja (aka MOS, zvani MOSFET). Tranzistor sa efektom polja je jednostavno divna stvar, jer se ne kontroliše strujom, već potencijalom na kapiji. Ovo omogućava da mikroskopska struja gejta pokreće velike struje opterećenja.

Bilo koji n-kanalni tranzistor sa efektom polja će nam pomoći. Biramo, kao i bipolarni, struju, napon i disipaciju snage.

Kada uključite tranzistor sa efektom polja, morate uzeti u obzir nekoliko točaka:
- budući da je kapija, u stvari, kondenzator, onda u trenucima prebacivanja tranzistora kroz njega teku velike struje (za kratko vrijeme). Da bi se ove struje ograničile, u kapiji se postavlja ograničavajući otpornik.
- tranzistor se kontroliše malim strujama, a ako je izlaz mikrokontrolera na koji je kapija povezana u visokoimpedansnom Z-stanju, prekidač polja će se otvarati i zatvarati nepredvidivo, hvatajući smetnje. Da bi se eliminisalo ovo ponašanje, nožica mikrokontrolera mora biti "pritisnuta" na tlo otpornikom reda veličine 10 kOhm.
Tranzistor sa efektom polja, na pozadini svih njegovih pozitivnih kvaliteta, ima nedostatak. Cijena koju treba platiti za kontrolu niske struje je sporost tranzistora. PWM će, naravno, povući, ali će vam odgovoriti pregrijavanjem ako se prekorači dozvoljena frekvencija.

1.4 Povezivanje opterećenja koristeći kompozitni Darlington tranzistor.
Alternativa korištenju FET-a za visokostrujna opterećenja je korištenje složenog Darlington tranzistora. Izvana, ovo je isti tranzistor kao, recimo, bipolarni, ali iznutra se koristi preliminarni krug za pojačavanje za upravljanje moćnim izlaznim tranzistorom. Ovo omogućava malim strujama da kontrolišu snažno opterećenje. Primjena Darlington tranzistora nije toliko zanimljiva kao primjena sklopa takvih tranzistora. Postoji tako divan čip kao što je ULN2003. Sadrži čak 7 Darlington tranzistora, a svaki može biti opterećen strujom do 500mA, a mogu se spojiti paralelno radi povećanja struje.

Mikrokolo se vrlo lako povezuje na mikrokontroler (samo noga na nogu) ima zgodno ožičenje (ulaz nasuprot izlazu) i ne zahtijeva dodatno vezivanje. Kao rezultat ovog uspješnog dizajna, ULN2003 se široko koristi u radioamaterskoj praksi. Shodno tome, neće biti teško nabaviti ga.
- Tehnički list za montažu Darlington ULN2003

Ako trebate kontrolisati AC uređaje (najčešće 220v), onda je sve složenije, ali ne mnogo.

2.1 Povezivanje opterećenja pomoću releja.
Najjednostavnije i vjerovatno najpouzdanije je povezivanje pomoću releja. Zavojnica releja, sama po sebi, predstavlja opterećenje velike struje, tako da ga ne možete uključiti direktno na mikrokontroler. Relej se može povezati preko polja ili bipolarnog tranzistora ili preko istog ULN2003 ako vam je potrebno više kanala.

Prednosti ove metode su velika komutirana struja (ovisno o odabranom releju), galvanska izolacija. Nedostaci: ograničena brzina/učestalost uključivanja i mehaničko trošenje dijelova.
Nema smisla preporučiti nešto za upotrebu - ima puno releja, birajte prema potrebnim parametrima i cijeni.

2.2 Povezivanje opterećenja koristeći triac (triac).
Ako trebate kontrolirati snažno AC opterećenje, a posebno ako trebate kontrolirati snagu koja se isporučuje na opterećenje (dimere), onda jednostavno ne možete bez upotrebe trijaka (ili triaka). Trijak se otvara kratkim strujnim impulsom kroz kontrolnu elektrodu (i za negativan i za pozitivan napon poluvalova). Triac se sam zatvara, u trenutku odsustva napona na njemu (kada napon prođe kroz nulu). Tu počinju poteškoće. Mikrokontroler mora kontrolisati trenutak prijelaza kroz nulti napon i, u tačno određenom trenutku, dati impuls za otvaranje trijaka - to je stalna upotreba kontrolera. Još jedna poteškoća je nedostatak galvanske izolacije u triaku. Morate to učiniti na odvojenim elementima, što komplikuje krug.

Iako se moderni trijaci pokreću prilično niskom strujom i mogu biti povezani direktno (preko ograničavajućeg otpornika) na mikrokontroler, iz sigurnosnih razloga moraju biti povezani preko optičkih uređaja za razdvajanje. I to se odnosi ne samo na kontrolne krugove trijaka, već i na nulte upravljačke krugove.

Prilično dvosmislen način povezivanja opterećenja. Budući da je, s jedne strane, potrebno aktivno učešće mikrokontrolera i relativno složeno rešenje za projektovanje kola. S druge strane, omogućava vrlo fleksibilnu manipulaciju teretom. Još jedan nedostatak upotrebe trijaka je velika količina digitalnog šuma koji se stvara tokom njihovog rada - potrebna su kola za suzbijanje.

Trijaci su dosta rasprostranjeni, a u nekim područjima su jednostavno nezamjenjivi, pa ih nabaviti nije problem. Vrlo često se trijaci tipa BT138 koriste u radio-amaterima.

06. januar 2017

U praksi često postaje potrebno upravljati nekim moćnim električnim uređajem pomoću digitalnog kola (na primjer, mikrokontrolera). To može biti moćna LED dioda koja troši mnogo struje ili uređaj koji se napaja električnom mrežom. Razmotrite tipična rješenja za ovaj problem.

Vrste upravljanja

Konvencionalno se mogu razlikovati 3 grupe metoda:

1. DC kontrola opterećenja.
   • Tranzistorski ključ na bipolarnom tranzistoru.
   • Tranzistorski ključ na MOSFET-u (MOSFET).
   • Tranzistorski ključ na IGBT.
2. AC kontrola opterećenja.
   • tiristorski ključ.
   • Simistorski ključ.
3. Univerzalna metoda.
   • Relej.

Izbor metode upravljanja ovisi i o vrsti opterećenja i o vrsti digitalne logike koja se koristi. Ako je krug izgrađen na TTL mikro krugovima, onda treba imati na umu da se njima upravlja strujom, za razliku od CMOS-a, gdje se upravljanje vrši naponom. Ponekad je važno.

Bipolarni tranzistorski prekidač

Za struju $I_(LED) = 0(,)075\,A$, kontrolna struja mora biti $\beta = 50$ puta manja:

Uzmimo pad napona na spoju emiter-baza jednak $V_(EB) = 0(,)7\,V$.

Otpor je zaokružen naniže kako bi se osigurao trenutni prostor za glavu.

Tako smo pronašli vrijednosti otpora R1 i R2.

Darlington tranzistor

Ako je opterećenje vrlo snažno, tada struja kroz njega može doseći nekoliko ampera. Za tranzistore velike snage, faktor $\beta$ može biti nedovoljan. (Štaviše, kao što se može vidjeti iz tabele, za moćne tranzistore je već malo.)

U ovom slučaju možete koristiti kaskadu od dva tranzistora. Prvi tranzistor kontrolira struju, koja uključuje drugi tranzistor. Takvo sklopno kolo se naziva Darlingtonovo kolo.

U ovom kolu, $\beta$ koeficijenti dva tranzistora se množe, što omogućava dobijanje veoma velikog koeficijenta prenosa struje.

Da biste povećali brzinu isključivanja tranzistora, možete spojiti emiter i bazu s otpornikom za svaki.

Otpori moraju biti dovoljno veliki da ne utiču na struju baza-emiter. Tipične vrijednosti su 5…10 kΩ za napone od 5…12 V.

Darlington tranzistori su dostupni kao poseban uređaj. Primjeri takvih tranzistora dati su u tabeli.

Inače, rad ključa ostaje isti.

FET ključ

U budućnosti ćemo tranzistor sa efektom polja zvati posebno MOSFET, odnosno tranzistori sa efektom polja sa izolovanim vratima (oni su također MOS, također su MIS). Zgodni su po tome što se kontroliraju isključivo naponom: ako je napon na kapiji veći od praga, tada se tranzistor otvara. U tom slučaju kontrolna struja ne teče kroz tranzistor dok je otvoren ili zatvoren. Ovo je značajna prednost u odnosu na bipolarne tranzistore, u kojima struja teče sve vrijeme dok je tranzistor uključen.

Također, u budućnosti ćemo koristiti samo n-kanalne MOSFET-ove (čak i za push-pull kola). To je zato što su n-kanalni tranzistori jeftiniji i imaju bolje performanse.

Najjednostavniji sklop MOSFET prekidača je prikazan ispod.

Opet, opterećenje je spojeno "odozgo", na odvod. Ako ga spojite "odozdo", krug neće raditi. Činjenica je da se tranzistor otvara ako napon između kapije i izvora prijeđe prag. Kada se poveže "odozdo", opterećenje će dati dodatni pad napona, a tranzistor se možda neće otvoriti ili otvoriti nepotpuno.

Sa push-pull kontrolom, krug pražnjenja kondenzatora formira, u stvari, RC krug u kojem će maksimalna struja pražnjenja biti jednaka

gdje je $V$ napon koji kontrolira tranzistor.

Stoga će biti dovoljno staviti otpornik od 100 oma kako bi se struja punjenja-pražnjenja ograničila na 10 mA. Ali što je veći otpor otpornika, sporije će se otvarati i zatvarati, jer će se vremenska konstanta $\tau = RC$ povećati. Ovo je važno ako se tranzistor često prebacuje. Na primjer, u PWM kontroleru.

Glavni parametri na koje treba obratiti pažnju su granični napon $V_(th)$, maksimalna struja kroz drejn $I_D$ i otpor drejn-izvor $R_(DS)$ otvorenog tranzistora.

Ispod je tabela sa primjerima karakteristika MOSFET-a.

Model	$V_(th)$	$\max\ I_D$	$\max\ R_(DS)$
2N7000	3 V	200 mA	5 ohma
IRFZ44N	4 V	35 A	0,0175 ohma
IRF630	4 V	9 A	0,4 oma
IRL2505	2 V	74 A	0,008 ohma

Za $V_(th)$ date su maksimalne vrijednosti. Činjenica je da za različite tranzistore, čak i iz iste serije, ovaj parametar može uvelike varirati. Ali ako je maksimalna vrijednost, recimo, 3 V, tada će se ovaj tranzistor zajamčeno koristiti u digitalnim krugovima s naponom napajanja od 3,3 V ili 5 V.

Otpor drejn-izvora kod gornjih modela tranzistora je prilično mali, ali treba imati na umu da pri visokim naponima kontroliranog opterećenja čak i to može dovesti do oslobađanja značajne snage u obliku topline.

Krug za brzo pokretanje

Kao što je već spomenuto, ako napon gejta u odnosu na izvor premašuje napon praga, tada se tranzistor otvara i otpor drejn-izvora je mali. Međutim, napon kada je uključen ne može naglo skočiti do praga. A pri nižim vrijednostima, tranzistor radi kao otpor, rasipajući toplinu. Ako se opterećenje mora često uključivati ​​(na primjer, u PWM kontroleru), onda je poželjno što prije prebaciti tranzistor iz zatvorenog u otvoreno stanje i obrnuto.

Još jednom obratite pažnju na lokaciju opterećenja za n-kanalni tranzistor - nalazi se "na vrhu". Ako ga postavite između tranzistora i mase, zbog pada napona na opterećenju, napon gejta-izvora može biti manji od praga, tranzistor se neće potpuno otvoriti i može se pregrijati i otkazati.

FET drajver

Ako još uvijek trebate spojiti opterećenje na n-kanalni tranzistor između odvoda i uzemljenja, onda postoji rješenje. Možete koristiti gotov mikrokolo - vozač gornjeg ramena. Vrh - jer je tranzistor na vrhu.

Odjednom se proizvode i drajveri gornje i donje ruke (na primjer, IR2151) za izgradnju push-pull kola, ali to nije potrebno za jednostavno uključivanje opterećenja. Ovo je neophodno ako se teret ne može ostaviti da "visi u zraku", već ga je potrebno povući na tlo.

Uzmimo u obzir upravljački sklop na visokoj strani koristeći IR2117 kao primjer.

Kolo nije mnogo komplikovano, a upotreba drajvera omogućava najefikasnije korišćenje tranzistora.

IGBT

Još jedna zanimljiva klasa poluprovodničkih uređaja koji se mogu koristiti kao prekidač je bipolarni tranzistor sa izolovanim vratima (IGBT).

Kombiniraju prednosti i MOS i bipolarnih tranzistora: kontroliraju se naponom, imaju velike vrijednosti maksimalno dozvoljenih napona i struja.

Možete kontrolisati ključ na IGBT na isti način kao i ključ na MOSFET-u. Zbog činjenice da se IGBT-ovi više koriste u energetskoj elektronici, obično se koriste zajedno sa drajverima.

Na primjer, prema podacima, IR2117 se može koristiti za pogon IGBT.

Primjer IGBT-a je IRG4BC30F.

Kontrola AC opterećenja

Sve prethodne sheme odlikovale su se činjenicom da je opterećenje, iako je bilo snažno, radilo na istosmjernoj struji. Kola su imala jasno definisano uzemljenje i strujni vod (ili dva voda - za regulator i opterećenje).

Za AC kola, moraju se koristiti drugi pristupi. Najčešća je upotreba tiristora, trijaka i releja. Štafetu ćemo razmotriti malo kasnije, ali za sada razgovarajmo o prva dva.

Tiristori i trijaci

Tiristor je poluprovodnički uređaj koji može biti u dva stanja:

• otvoren - prolazi struju, ali samo u jednom smjeru,
• zatvoren - ne propušta struju.

Budući da tiristor propušta struju samo u jednom smjeru, nije baš pogodan za uključivanje i isključivanje opterećenja. Polovinu vremena za svaki ciklus naizmenične struje, instrument je neaktivan. Međutim, tiristor se može koristiti u dimmeru. Tamo se može koristiti za kontrolu snage, odsijecajući dio potrebne snage od vala snage.

Triac je zapravo dvosmjerni tiristor. To znači da vam omogućava da prođete ne poluvalove, već puni val napona napajanja.

Postoje dva načina za otvaranje trijaka (ili tiristora):

• primijeniti (barem nakratko) struju otključavanja na kontrolnu elektrodu;
• primijeniti dovoljno visok napon na njegove "radne" elektrode.

Druga metoda nam ne odgovara, jer ćemo imati napon napajanja konstantne amplitude.

Nakon što se triac otvori, može se zatvoriti obrnutim polaritetom ili smanjenjem struje kroz njega na vrijednost manju od takozvane struje zadržavanja. Ali budući da je napajanje organizirano naizmjeničnom strujom, to će se automatski dogoditi na kraju poluciklusa.

Kada birate triac, važno je uzeti u obzir veličinu struje zadržavanja ($I_H$). Ako uzmete snažan trijak s velikom strujom zadržavanja, struja kroz opterećenje može biti premala i trijak se jednostavno neće otvoriti.

Triac ključ

Za galvansku izolaciju upravljačkih i energetskih krugova, bolje je koristiti optospojnik ili poseban drajver za triac. Na primjer, MOC3023M ili MOC3052.

Ovi optokapleri se sastoje od infracrvene LED diode i fototriaka. Ovaj fototrijak se može koristiti za kontrolu moćnog trijačkog prekidača.

U MOC3052, pad napona na LED diodi je 3V, a struja je 60mA, tako da kada se povezujete na mikrokontroler, možda ćete morati koristiti dodatni tranzistorski prekidač.

Ugrađeni trijak je dizajniran za napon do 600 V i struju do 1 A. Ovo je dovoljno za upravljanje moćnim kućanskim aparatima preko drugog triaka napajanja.

Razmotrite krug za kontrolu otpornog opterećenja (na primjer, žarulja sa žarnom niti).

Dakle, ovaj optokapler djeluje kao triac drajver.

Postoje i drajveri sa nultim detektorom - na primjer, MOC3061. Prebacuju se tek na početku perioda, što smanjuje smetnje u mreži.

Otpornici R1 i R2 se izračunavaju kao i obično. Otpor otpornika R3 određuje se na osnovu vršnog napona u mreži napajanja i struje otključavanja trijaka. Ako uzmete previše - triac se neće otvoriti, premali - struja će teći uzalud. Otporniku je možda potreban snažan.

Bilo bi korisno podsjetiti da je 230 V u mreži (sadašnji standard za Rusiju, Ukrajinu i mnoge druge zemlje) vrijednost efektivnog napona. Vrhunski napon je $\sqrt2 \cdot 230 \približno 325\,V$.

Induktivna kontrola opterećenja

Kada pokrećete induktivno opterećenje, kao što je motor, ili kada postoji smetnja u mreži, napon može postati dovoljno velik da se triak spontano otvori. Za borbu protiv ove pojave potrebno je dodati snubber u krug - ovo je kondenzator za izravnavanje i otpornik paralelno s triakom.

Snubber ne poboljšava mnogo emisije, ali je bolji sa njim nego bez njega.

Keramički kondenzator mora biti naznačen za napon veći od vršnog napona u napajanju. Još jednom, zapamtite da je za 230 V to 325 V. Bolje je uzeti ga s marginom.

Tipične vrijednosti: $C_1 = 0(,)01\,uF$, $R_4 = 33\,Ohm$.

Postoje i triac modeli koji ne zahtijevaju snubber. Na primjer, BTA06-600C.

Primjeri trijaka

Primjeri trijaka prikazani su u donjoj tabeli. Ovdje je $I_H$ struja zadržavanja, $\max\ I_(T(RMS))$ je maksimalna struja, $\max\ V_(DRM)$ je maksimalni napon, $I_(GT)$ je struja okidača .

Model	$I_H$	$\max\ I_(T(RMS))$	$\max\ V_(DRM)$	$I_(GT)$
BT134-600D	10 mA	4 A	600 V	5 mA
MAC97A8	10 mA	0,6 A	600 V	5 mA
Z0607	5 mA	0,8 A	600 V	5 mA
BTA06-600C	25 mA	6 A	600 V	50 mA

Relej

Elektromagnetski releji

Sa stajališta mikrokontrolera, sam relej je snažno opterećenje, štoviše, induktivno. Stoga, da biste uključili ili isključili relej, morate koristiti, na primjer, tranzistorski prekidač. Dijagram ožičenja, kao i poboljšanje ovog kola, raspravljano je ranije.

Releji zadivljuju svojom jednostavnošću i efikasnošću. Na primjer, relej HLS8-22F-5VDC kontrolira napon od 5 V i može prebaciti opterećenje koje troši struju do 15 A.

Solid State Relays

Glavna prednost releja - jednostavnost upotrebe - zasjenjena je nekoliko nedostataka:

• ovo je mehanički uređaj i kontakti se mogu zaprljati ili čak zavariti jedan za drugi,
• sporija brzina prebacivanja
• relativno velike struje prebacivanja,
• kontakti kliknite.

Neki od ovih nedostataka su otklonjeni u takozvanim solid state relejima. To su, u stvari, poluvodički uređaji s galvanskom izolacijom, koji unutar punopravnog moćnog ključnog kola.

Zaključak

Dakle, u arsenalu imamo dovoljno načina za kontrolu opterećenja da riješimo gotovo svaki problem koji se može pojaviti pred radio amaterom.

Ključ za rame! – karakteristike upotrebe visokonaponskih drajvera koje proizvodi IR

Editor šeme

Svi dijagrami su nacrtani u KiCAD-u. Nedavno ga koristim za svoje projekte, vrlo je zgodan, preporučujem ga. Pomoću njega možete ne samo crtati kola, već i dizajnirati štampane ploče.

Ponekad vam je potreban slab signal iz mikrokontrolera da biste uključili snažno opterećenje, kao što je lampa u prostoriji. Ovaj problem je posebno relevantan za programere. pametna kuća. Prvo što mi padne na pamet - relej. Ali ne žurite, postoji bolji način 🙂

U stvari, relej je potpuno sranje. Prvo, skupi su, a drugo, za napajanje namotaja releja potreban je tranzistor za pojačanje, jer slaba noga mikrokontrolera nije sposobna za takav podvig. Pa, i treće, svaki relej je vrlo glomazan dizajn, pogotovo ako je relej snage dizajniran za veliku struju.

Ako govorimo o izmjeničnoj struji, onda je bolje koristiti triacs ili tiristori. Šta je to? A sad ću ti reći.

Triac BT139
Dijagram ožičenja iz tablice podataka na MOC3041

Ako na prstima tiristor izgleda kao dioda, čak je i notacija slična. Propušta struju u jednom smjeru, a ne pušta u drugom. Ali on ima jednu osobinu koja ga dramatično razlikuje od diode - kontrolni ulaz.
Ako se kontrolni ulaz ne primjenjuje struja otvaranja, onda tiristor neće propuštati struju čak ni u smjeru naprijed. Ali vrijedi dati barem kratak impuls, jer se odmah otvara i ostaje otvoren sve dok postoji direktan napon. Ako uklonite napon ili obrnite polaritet, tada će se tiristor zatvoriti. Polaritet kontrolnog napona treba poželjno odgovarati polaritetu anodnog napona.

Ako povezati suprotna paralela dva tiristora, onda će raditi triac- odlična stvar za prebacivanje opterećenja na naizmjeničnu struju.

Na pozitivnom polutalasu sinusoide jedan prolazi, na negativnom drugi. I proći samo u prisustvu kontrolnog signala. Ako se upravljački signal ukloni, tada će se u sljedećem periodu oba tiristora zatvoriti i strujni krug će prekinuti. Ljepota i ništa više. Ovdje se također treba koristiti za upravljanje opterećenjem u domaćinstvu.

Ali postoji jedna suptilnost - prebacujemo visokonaponski strujni krug, 220 volti. I imamo kontroler niskog napona, radi na pet volti. Stoga, kako bi se izbjegli ekscesi, potrebno je napraviti potencijalni rasplet. Odnosno, pobrinite se da ne postoji direktna električna veza između visokonaponskih i niskonaponskih dijelova. Na primjer, uradi optičko razdvajanje. Za to postoji poseban sklop - triac optodriver MOC3041. Divna stvar!
Pogledajte dijagram povezivanja - samo nekoliko dodatnih detalja i imate dio za napajanje i kontrolu odvojeni jedan od drugog. Glavna stvar je da napon za koji je kondenzator dizajniran treba biti jedan i pol dva puta veći od napona u utičnici. Ne možete se bojati smetnji u napajanju kada uključujete i isključujete triac. U samom optodriveru, signal se napaja LED diodom, što znači da ga možete bezbedno upaliti sa noge mikrokontrolera bez ikakvih dodatnih trikova.

Općenito, moguće je bez razdvajanja i također će raditi, ali se smatra dobrim tonom uvijek napravite potencijalno razdvajanje između moći i kontrole. To je pouzdanost i sigurnost cijelog sistema. Industrijska rješenja su tako jednostavno punjena optospojlerima ili svim vrstama izolacijskih pojačala.

MOP (na burž MOSFET) označava Metal Oxide Semiconductor, iz ove skraćenice struktura ovog tranzistora postaje jasna.

Ako je na prstima, onda ima poluvodički kanal koji služi kao jedna ploča kondenzatora, a druga ploča je metalna elektroda koja se nalazi kroz tanak sloj silicijum oksida, koji je dielektrik. Kada se na gejtu dovede napon, ovaj kondenzator se puni, a električno polje kapije povlači naelektrisanja u kanal, usled čega se u kanalu pojavljuju pokretni naboji koji mogu formirati električnu struju i otpor drejn-izvora. naglo pada. Što je napon veći, to je više naboja i manji otpor, kao rezultat toga, otpor može pasti na oskudne vrijednosti - stotinke oma, a ako dodatno podignete napon, dolazi do raspada oksidnog sloja i Khana. tranzistor će se pojaviti.

Prednost takvog tranzistora, u poređenju s bipolarnim, je očigledna - napon se mora primijeniti na kapiju, ali budući da postoji dielektrik, struja će biti nula, što znači da je potrebna snaga za pokretanje ovog tranzistora će biti oskudna, zapravo, troši se samo u trenutku uključivanja, kada se kondenzator puni i prazni.

Nedostatak proizlazi iz njegovog kapacitivnog svojstva - prisustvo kapacitivnosti na kapiji zahtijeva veliku struju punjenja kada se otvori. U teoriji, jednako beskonačnosti u beskonačno malim vremenskim intervalima. A ako je struja ograničena otpornikom, tada će se kondenzator polako puniti - ne možete stići nigdje od vremenske konstante RC kruga.

MOS tranzistori su P&N kanal. Imaju isti princip, razlika je samo u polaritetu nosilaca struje u kanalu. Shodno tome, u drugom smjeru upravljačkog napona i uključivanja u krug. Vrlo često se tranzistori izrađuju u obliku komplementarnih parova. Odnosno, postoje dva modela sa potpuno istim karakteristikama, ali jedan od njih je N, a drugi P kanal. Njihove oznake se u pravilu razlikuju za jednu cifru.

Ja imam najpopularnije MOS tranzistori su IRF630(n kanal) i IRF9630(p kanal) u svoje vrijeme, napravio sam ih sa desetak i po svake vrste. Imaju ne baš dimenzionalno tijelo TO-92 ovaj tranzistor može slavno provući kroz sebe do 9A. Njegov otvoreni otpor je samo 0,35 Ohma.
Međutim, ovo je prilično star tranzistor, sada već postoje hladnije stvari, na primjer IRF7314, sposoban za povlačenje istih 9A, ali se istovremeno uklapa u kućište SO8 - veličine ćelije prijenosnog računala.

Jedan od problema uparivanja MOSFET tranzistor i mikrokontroler (ili digitalno kolo) je da za potpuno otvaranje do potpunog zasićenja, ovaj tranzistor treba da dovede prilično veći napon do kapije. Obično je to oko 10 volti, a MK može dati najviše 5.
Ovdje postoje tri opcije:

Ali općenito, ispravnije je instalirati drajver, jer osim osnovnih funkcija generiranja kontrolnih signala, on također pruža strujnu zaštitu, zaštitu od kvara, prenapona, optimizira brzinu otvaranja do maksimuma, općenito, jede svoju struju nije uzalud.

Izbor tranzistora također nije težak, pogotovo ako se ne zamarate ograničavajućim načinima rada. Prije svega, trebate biti zabrinuti za vrijednost struje odvoda - I Drain ili I D tranzistor birate prema maksimalnoj struji za vaše opterećenje, bolje je sa marginom od 10 posto.Sljedeći važan parametar za vas je VGS- Source-Gate napon zasićenja ili, jednostavnije, upravljački napon. Ponekad to napišu, ali češće morate gledati van grafikona. Traženje grafa zavisnosti izlazne karakteristike I D od VDS na različitim vrijednostima VGS. I pogodite koji ćete način imati.

Na primjer, trebate napajati motor na 12 volti, sa strujom od 8A. Zaškiljili ste u vozača i imate samo kontrolni signal od 5 volti. Prvo što mi je palo na pamet nakon ovog članka je IRF630. Struja je prikladna s marginom od 9A naspram potrebnih 8. Ali pogledajmo izlaznu karakteristiku:

Ako ćete PWM voziti na ovaj ključ, onda se trebate zainteresirati za vrijeme otvaranja i zatvaranja tranzistora, odabrati najveće i u odnosu na vrijeme izračunati maksimalnu frekvenciju za koju je sposoban. Ova količina se zove kašnjenje prebacivanja ili tona,t off, generalno, ovako nešto. Pa, frekvencija je 1/t. Također, neće biti suvišno pogledati i kapacitet zatvarača C br Na osnovu njega, kao i ograničavajućeg otpornika u krugu kapije, možete izračunati vremensku konstantu punjenja RC kola kapije i procijeniti brzinu. Ako je vremenska konstanta veća od PWM perioda, tada se tranzistor neće otvarati/zatvarati, već će visjeti u nekom srednjem stanju, budući da će napon na njegovoj kapiji biti integriran od strane ovog RC kola u konstantan napon.

Kada rukujete ovim tranzistorima, imajte na umu činjenicu da ne plaše se samo statičkog elektriciteta, već JAKO. Razbijanje zatvarača statičkim nabojem je više nego stvarno. Pa kako ste kupili odmah u foliju i nemojte ga vaditi dok ga ne zalemite. Prvo se uzemljite za bateriju i stavite folijski šešir :).