انواع مدار تریستور

بازدید: 1834

maxresdefault (4)

انواع مدار تریستور

بازدید: 1834

تریستورها المان‌هایی حالت جامد (solid-state) با سرعت بالا هستند که می‌­توانند برای کنترل موتورها، هیتر­ها و لامپ‌­ها استفاده شوند.

در مقاله قبلی به ساخت و عملکرد اولیه یکسوکننده کنترل­‌شده سیلیکونی که بیشتر به عنوان تریستور شناخته می‌­شود، پرداختیم. در این مقاله به این موضوع خواهیم پرداخت که چگونه می­‌توانیم از تریستور و مدارهای سوییچینگ تریستور برای کنترل بارهای بسیار بزرگتر مانند لامپ­‌ها، موتورها یا هیتر­‌ها استفاده کنیم.

1. تریستور معمولی

قبلاً گفتیم که برای روشن کردن تریستور باید یک پالس تحریک کوچک جریان (نه جریان پیوسته) را به ترمینال گیت (G) تزریق کنیم، زمانی که تریستور در بایاس مستقیم بوده که آند (A) نسبت به کاتد (K) مثبت است، برای اینکه قفل احیاکننده (regenerative latching) رخ دهد.

به طور کلی، این پالس تحریک تنها باید چند میکروثانیه طول بکشد، اما هرچه پالس گیت طولانی‌تر اعمال شود، شکست بهمنی داخلی سریع‌تر رخ می‌دهد و زمان روشن شدن تریستور سریع‌تر است، اما از حداکثر جریان گیت نباید تجاوز کرد. پس از راه‌­اندازی و هدایت کامل، افت ولتاژ در تریستور، آند به کاتد، تقریباً در حدود 1.0 ولت برای تمام مقادیر جریان آند تا مقدار نامی آن ثابت است.

اما به یاد داشته باشید که هنگامی که یک تریستور شروع به هدایت می­‌کند، حتی بدون سیگنال گیت به هدایت خود ادامه می‌­دهد تا زمانی که جریان آند از جریان نگهدارنده دستگاه (IH) کمتر شود و زیر این مقدار به طور خودکار خاموش شود. بر خلاف ترانزیستورهای دوقطبی و FET، تریستورها را نمی‌­توان برای تقویت یا سوئیچینگ کنترل­‌شده استفاده کرد.

تریستورها قطعاتی نیمه‌هادی هستند که به طور خاص برای استفاده در کاربردهای سوییچینگ با توان بالا طراحی شده‌­اند و توانایی یک تقویت­‌کننده را ندارند. تریستورها فقط می­‌توانند در حالت سوئیچینگ، مانند یک کلید باز یا بسته عمل کنند. هنگامی که تریستور توسط ترمینال گیت خود وارد رسانایی شود، همیشه رسانا (عبور دهنده جریان) باقی می‌­ماند. بنابراین در مدارهای DC و برخی مدارهای AC بسیار القایی، جریان باید به طور مصنوعی توسط یک کلید جداگانه کاهش یابد یا مدار خاموش شود.

مدار تریستور DC

هنگامی که به منبع جریان مستقیم DC متصل می­‌شود، تریستور می­‌تواند به عنوان یک کلید DC برای کنترل جریان‌­ها و بارهای DC بزرگ استفاده شود. تریستور در هنگام استفاده به عنوان سوئیچ، مانند یک قفل الکترونیکی عمل می‌­کند زیرا پس از فعال شدن، در حالت “روشن” باقی می­‌ماند تا زمانی که به صورت دستی تنظیم شود. مدار تریستور DC را در زیر در نظر بگیرید.

مدار سوئیچینگ تریستور DC

2. مدار سوئیچینگ تریستور DC

این مدار روشن و خاموش تریستوری ساده، از تریستور به عنوان کلیدی برای کنترل لامپ استفاده می­‌کند، اما می‌­تواند به عنوان مدار کنترل روشن و خاموش برای موتور، گرم­‌کننده یا سایر بارهای DC دیگر نیز استفاده شود. تریستور بایاس مستقیم است و با بستن کوتاه دکمه فشاری «روشن»S1 معمولاً باز، که ترمینال گیت را از طریق مقاومت گیت  RG به منبع DC متصل کرده و بنابراین جریان در گیت جریان می‌یابد، هدایت می‌شود. اگر مقدار RG نسبت به ولتاژ تغذیه بیش از حد بالا باشد، تریستور ممکن است راه­‌اندازی نشود.

هنگامی که مدار “روشن” شد، خود به خود قفل شده و “روشن” می­‌ماند حتی زمانی که دکمه فشاری رها می­‌شود به شرط اینکه جریان بار بیشتر از جریان قفل­‌کننده تریستور باشد. عملیات اضافی دکمه فشاری S1 هیچ تاثیری بر وضعیت مدار نخواهد داشت زیرا پس از “قفل­‌شدن”، گیت تمام کنترل خود را از دست می­‌دهد. اکنون تریستور کاملاً روشن است (رسانا) و اجازه می‌­دهد جریان مدار بار کامل از دستگاه در جهت مستقیم عبور کرده و به منبع باتری برگشت کند.

یکی از مزایای اصلی استفاده از تریستور به عنوان کلید در مدار DC این است که دارای بهره جریان بسیار بالایی است. تریستور دستگاهی است که با جریان کار می کند زیرا یک جریان گیت کوچک می­‌تواند جریان آند بسیار بزرگتری را کنترل کند.

مقاومت گیت-کاتد RGK به طور کلی برای کاهش حساسیت گیت و افزایش قابلیت dv/dt آن در نظر گرفته شده است و در نتیجه از تحریک کاذب دستگاه جلوگیری می­‌کند.

از آنجایی که تریستور به حالت “روشن” قفل شده است، مدار فقط با قطع منبع تغذیه و کاهش جریان آند به کمتر از مقدار حداقل جریان نگهدارنده تریستور (IH)، قابل تنظیم مجدد است.

باز کردن دکمه فشاری “خاموش” S2 که معمولاً بسته است، مدار را می­‌شکند و جریان مدار را که از تریستور می­‌گذرد به صفر می‌­رساند، بنابراین آن را مجبور می­‌کند تا زمانی که سیگنال گیت دیگری اعمال شود، “خاموش” کند.

با این حال، یکی از معایب این طراحی مدار تریستور DC این است که کلید مکانیکی معمولا خاموش S2 باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند توان مدار را که از تریستور و لامپ در هنگام باز شدن کنتاکت‌­ها عبور می­‌کند، کنترل کند. در این صورت می‌توانیم تریستور را با یک کلید مکانیکی بزرگ جایگزین کنیم. یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل و کاهش نیاز به کلید «خاموش» قوی‌تر، اتصال سوئیچ به صورت موازی با تریستور مطابق شکل است.

مدار تریستور DC جایگزین

3. مدار تریستور DC جایگزین

در اینجا سوئیچ تریستور ولتاژ ترمینال و سیگنال پالس گیت مورد نیاز را مانند قبل دریافت می­‌کند، اما کلید معمولا بسته بزرگ مدار قبلی با یک کلید معمولا باز کوچکتر به موازات تریستور جایگزین شده است. فعال سازی کلید S2 به صورت لحظه­‌ای یک اتصال کوتاه بین تریستورهای آند و کاتد ایجاد می‌­کند و با کاهش جریان نگهدارنده به کمتر از مقدار آن، هدایت دستگاه را متوقف می­‌کند.

مدار تریستور AC

هنگامی که به منبع AC جریان متناوب متصل می‌­شود، تریستور رفتار متفاوتی با مدار قبلی اتصال DC دارد. به این دلیل که برق AC قطبیت را به صورت دوره­ای معکوس می‌­کند و بنابراین هر تریستور مورد استفاده در مدار AC به طور خودکار بایاس معکوس شده و باعث می‌­شود در نیمی از هر چرخه خاموش شود. مدار تریستور AC را در زیر در نظر بگیرید.

4. مدار تریستور AC

مدار تریستور فوق از نظر طراحی شبیه به مدار DC SCR است به جز حذف کلید “خاموش” اضافی و گنجاندن دیود D1 که از اعمال بایاس معکوس به گیت جلوگیری می‌­کند. در طول نیم سیکل مثبت شکل موج سینوسی، دستگاه بایاس مستقیم است اما با باز بودن کلید S1، جریان گیت صفر به تریستور اعمال می­‌شود و “خاموش” باقی می­‌ماند. در نیم سیکل منفی، قطعه بایاس معکوس است و بدون توجه به وضعیت سوئیچ S1، “خاموش” باقی می­‌ماند.

اگر کلید S1 بسته باشد، در ابتدای هر نیم سیکل مثبت تریستور کاملاً خاموش است اما مدت کوتاهی پس از آن، ولتاژ تحریک مثبت و در نتیجه جریان کافی در گیت وجود خواهد داشت تا تریستور و لامپ را روشن کند.

اکنون تریستور برای مدت نیم سیکل مثبت در حالت “روشن” قفل شده و هنگامی که نیم سیکل مثبت به پایان می­‌رسد و جریان آند به زیر مقدار جریان نگهدارنده می­‌رسد، به طور خودکار دوباره “خاموش” می­‎شود.

در طول نیم سیکل منفی بعدی، دستگاه در هر صورت کاملاً خاموش است تا نیم سیکل مثبت بعدی که فرآیند تکرار می­‌شود و تا زمانی که سوئیچ بسته است، تریستور دوباره هدایت می­‌کند.

بنابراین، در این شرایط لامپ تنها نیمی از توان موجود را از منبع AC دریافت می­کند زیرا تریستور مانند یک دیود یکسو­کننده عمل می­‌کند و جریان را فقط در نیم سیکل­‌های مثبت هنگامی که بایاس مستقیم است هدایت می­‌کند. تریستور تا زمانی که سوئیچ باز شود به تامین نیمی از توان لامپ ادامه می­‌دهد.

اگر امکان روشن و خاموش کردن سریع کلید S1 وجود داشت، به طوری که تریستور سیگنال گیت خود را در نقطه “پیک” (90 درجه) هر نیم سیکل مثبت دریافت می­‌کرد، دستگاه فقط نیمی از نیم چرخه مثبت را هدایت می­‌کرد. به عبارت دیگر، هدایت فقط در طول نیمی از نصف موج سینوسی انجام می­‌شد و این شرایط باعث می‌­شد لامپ “یک چهارم” کل توان موجود از منبع AC را دریافت کند.

با تغییر دقیق رابطه زمانی بین پالس گیت و نیم سیکل مثبت، تریستور می­‌تواند هر درصدی، بین 0 تا 50 درصد، از توان مورد نظر را برای بارتامین کند. بدیهی است که با استفاده از این پیکربندی مدار، نمی‌توان بیش از 50 درصد توان را به لامپ منتقل کرد، زیرا در نیمه‌سیکل‌های منفی زمانی که بایاس معکوس است، هدایت نمی­‌کند. مدار زیر را در نظر بگیرید.

کنترل فاز نیمه موج با تریستور

5. کنترل فاز نیمه موج با تریستور

کنترل فاز رایج‌­ترین شکل کنترل برق AC تریستور است و یک مدار کنترل فاز AC اولیه را می­‌توان مطابق شکل بالا ساخت. در اینجا، ولتاژ گیت تریستورها از مدار شارژ RC و از طریق دیود تحریک D1، گرفته شده است.

در طول نیم سیکل مثبت زمانی که تریستور بایاس مستقیم است، خازن C از طریق مقاومت R1 و ولتاژ تغذیه AC شارژ می‌­شود. گیت تنها زمانی فعال می­‌شود که ولتاژ در نقطه A به اندازه‌­ای افزایش یابد که باعث هدایت دیود تحریک D1 شود و خازن در گیت تریستور تخلیه شده و آن را “روشن” کند. مدت زمان در نیمه مثبت چرخه­‌ای که در آن هدایت شروع می­‌شود، توسط ثابت زمانی RC تنظیم شده توسط مقاومت متغیر R1 کنترل می­‌شود.

افزایش مقدار R1 باعث تأخیر در ولتاژ راه‌­اندازی و جریان وارد شده به گیت تریستور می­‌شود که به نوبه خود باعث تاخیر در زمان هدایت دستگاه می‌­شود. در نتیجه، کسری از نیم چرخه‌­ای که دستگاه طی آن هدایت می­‌کند را می‌­توان بین 0 تا 180 درجه کنترل کرد، بدین معنی که میانگین توان تلف شده توسط لامپ را می‌­توان تنظیم کرد. با این حال، تریستور یک دستگاه یک جهته است، بنابراین تنها حداکثر 50٪ توان را می‌­توان در طول هر نیم چرخه مثبت تامین کرد.

راه‌های مختلفی برای دستیابی به کنترل AC تمام موج 100٪ با استفاده از “تریستور” وجود دارد. یک راه این است که یک تریستور را در مدار یکسو­‌کننده پل دیودی قرار دهیم که جریان متناوب را از طریق تریستور به یک جریان یک طرفه تبدیل می‌­کند، در حالی که روش رایج­‌تر استفاده از دو تریستور است که به صورت موازی معکوس متصل شده­‌اند. یک رویکرد عملی‌­تر استفاده از یک ترایاک (Triac) است زیرا این قطعه می­‌تواند در هر دو جهت فعال شود، بنابراین آن­ را برای برنامه­‌های سوئیچینگ AC مناسب می‌­کند.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 40 نظر

انواع مدار تریستور

با ثبت نظر و نوشتن کامنت، تیم ما را در راستای بهبود و افزایش کیفیت محتوا یاری خواهید کرد :)

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

فروشگاه