Princípios de controle de tiristor e triac

Vamos começar com os esquemas mais simples. No caso mais simples, para controlar um tiristor, basta fornecer brevemente uma corrente constante de um determinado valor ao seu eletrodo de controle. O mecanismo para fornecer essa corrente pode ser mostrado esquematicamente pela representação de uma chave que fecha e fornece energia, como o estágio de saída de um chip ou transistor.

Este é um método aparentemente simples, mas a potência do sinal de controle aqui deve ser significativa. Portanto, em condições normais para o triac KU208, essa corrente deve ser de pelo menos 160 mA e para o trinistor KU201 deve ser de pelo menos 70 mA. Assim, com uma tensão de 12 volts e com uma corrente média de, digamos, 115 mA, a potência de controle passará a ser de 1,4 W.

Os requisitos de polaridade do sinal de controle são os seguintes: o SCR requer uma tensão de controle positiva em relação ao cátodo, e o triac (tiristor balanceado) requer a mesma polaridade que a corrente do ânodo ou negativa para cada um dos semiciclos .

O eletrodo de controle do triac não é desviado, o trinistor é manipulado com um resistor de 51 ohm.Os tiristores modernos exigem cada vez menos corrente de controle e, muitas vezes, você pode encontrar circuitos onde a corrente de controle dos SCRs é reduzida para cerca de 24 mA e para triacs para 50 mA.

Pode acontecer que uma diminuição acentuada na corrente no circuito de controle afete a confiabilidade do dispositivo; portanto, às vezes os desenvolvedores precisam escolher tiristores separadamente para cada circuito. Caso contrário, para abrir o tiristor de baixa corrente, sua tensão anódica teria que ser alta naquele momento, levando a corrente de irrupção prejudicial e interferência.

A falta de controle de acordo com o esquema mais simples descrito acima é óbvia: existe uma conexão galvânica permanente do circuito de controle com o circuito elétrico. Triacs em alguns circuitos permitem que um dos terminais do circuito de controle seja conectado ao fio neutro. Os SCRs permitem tal solução apenas adicionando uma ponte de diodo ao circuito de carga.

Como resultado, a potência fornecida à carga é reduzida à metade porque a tensão é fornecida à carga em apenas um dos períodos da onda senoidal da rede. Na prática, temos o fato de que circuitos com controle tiristorizado de corrente contínua sem isolação galvânica dos nós quase nunca são utilizados, exceto quando o controle, por algum bom motivo, deve ser feito dessa forma.

Uma solução comum de controle de tiristor é onde a tensão é aplicada ao eletrodo de porta diretamente do ânodo através de um resistor, fechando a chave por alguns microssegundos. A chave aqui pode ser um transistor bipolar de alta tensão, um pequeno relé ou um fotoresistor.

Esta abordagem é aceitável em tensões anódicas relativamente altas, é conveniente e simples mesmo se a carga contiver um componente reativo. Mas também há uma desvantagem: requisitos ambíguos para o resistor limitador de corrente, que deve ser pequeno em valor nominal, para que o tiristor ligue mais perto do início do meio ciclo da onda senoidal quando for ligado pela primeira vez, não com tensão de rede zero (na ausência de sincronização), também pode chegar a 310 volts, mas a corrente através do interruptor e através do eletrodo de controle do tiristor não deve exceder os valores máximos permitidos para eles.

O próprio tiristor abrirá para a tensão Uop = Iop * Rlim. Como resultado, ocorrerá ruído e a tensão de carga diminuirá ligeiramente. A resistência calculada do resistor Rlim é reduzida pelo valor da resistência do circuito de carga (incluindo seu componente indutivo), que passa a ser conectado em série com o resistor no momento de ligar.

Mas, no caso de dispositivos de aquecimento, é levado em consideração o fato de que no estado frio sua resistência é dez vezes menor do que no estado aquecido. A propósito, devido ao fato de que nos triacs a corrente de ativação para meias-ondas positivas e negativas pode diferir ligeiramente, um pequeno componente constante pode aparecer na carga.

O tempo de ativação do SCR geralmente não é superior a 10 μs, portanto, para controle de potência de carga econômico, um trem de pulso com um ciclo de trabalho de 5, 10 ou 20 pode ser aplicado para frequências de 20, 10 e 5 kHz, respectivamente. A potência diminuirá de 5 a 20 vezes.

A desvantagem é a seguinte: o tiristor pode ligar e não no início do meio ciclo.Está cheio de ondas e barulho. E, no entanto, mesmo que a ativação ocorra pouco antes do início do aumento da tensão de zero, neste momento a corrente do eletrodo de controle pode ainda não atingir o valor de retenção, então o tiristor desligará imediatamente após o final do pulso.

Como resultado, o tiristor primeiro liga e desliga por curtos intervalos até que finalmente a corrente assume uma forma senoidal. Para cargas com componente indutiva, a corrente pode não atingir o valor de retenção, o que impõe um limite inferior na duração dos pulsos de controle, e o consumo de energia não diminuirá muito.

A separação do circuito de controle da rede é fornecida pelo chamado início por impulso, que pode ser facilmente realizado instalando um pequeno transformador de isolamento em um anel de ferrite com diâmetro inferior a 2 cm. É importante que a tensão de isolamento de tal transformador deve ser alto, e não apenas como qualquer transformador de pulso industrial...

Para reduzir significativamente a potência necessária para o controle, será necessário recorrer a um controle mais preciso. A corrente do gate deve ser desligada assim que o tiristor for ligado. Quando a chave é fechada, o tiristor liga e, quando o tiristor começa a conduzir corrente, o microcircuito para de fornecer corrente através do eletrodo de controle.

Essa abordagem realmente economiza a energia necessária para acionar o tiristor. Se a chave estiver fechada no momento, a tensão do ânodo ainda não é suficiente, o tiristor não será aberto pelo microcircuito (a tensão deve ser um pouco mais da metade da tensão de alimentação do microcircuito). A tensão de ligação é ajustável seleção de resistores de desacoplamento.

Para controlar o triac dessa forma, é necessário rastrear a polaridade, então um bloco de um par de transistores e três resistores é adicionado ao circuito, que fixa o momento em que a tensão cruza zero. Esquemas mais complexos estão além do escopo deste artigo.