サイリスタとトライアックの制御原理

最も単純なスキームから始めましょう。最も単純な場合、サイリスタを制御するには、その制御電極に特定の値の定電流を短時間供給するだけで十分です。この電流を供給するメカニズムは、チップやトランジスタの出力段のように、閉じて電力を供給するスイッチを描くことで概略的に示すことができます。

これは一見単純な方法ですが、ここでの制御信号の電力は相当なものである必要があります。したがって、通常の条件下では、トライアック KU208 の場合、この電流は少なくとも 160 mA、トリニスタ KU201 の場合は少なくとも 70 mA である必要があります。したがって、電圧が 12 ボルト、平均電流がたとえば 115 mA の場合、制御電力は 1.4 W になります。

制御信号の極性要件は次のとおりです。SCR はカソードに対して正の制御電圧を必要とし、トライアック (平衡サイリスタ) はアノード電流と同じ極性、または各半サイクルで負の極性を必要とします。 。

トライアックの制御電極はシャントされておらず、トリニスタは 51 オームの抵抗器で操作されます。最近のサイリスタで必要な制御電流はますます少なくなり、SCR の制御電流が約 24 mA、トライアックの場合は 50 mA に低減される回路がよく見られます。

制御回路内の電流の急激な減少がデバイスの信頼性に影響を与える可能性があるため、開発者は回路ごとにサイリスタを個別に選択しなければならない場合があります。そうしないと、低電流サイリスタを開くには、その瞬間のアノード電圧を高くする必要があり、有害な突入電流や干渉が発生します。

上で説明した最も単純なスキームによる制御の欠如は明らかです。制御回路と電気回路との永久的なガルバニック接続が存在します。一部の回路のトライアックでは、制御回路の端子の 1 つを中性線に接続できます。 SCR では、負荷回路にダイオード ブリッジを追加するだけでこのような解決策が可能になります。

電圧が主電源正弦波の 1 つの周期でのみ負荷に供給されるため、結果として負荷に供給される電力は半分になります。実際には、何らかの正当な理由でこの方法で制御を実行する必要がある場合を除いて、ノードのガルバニック絶縁を行わずに直流をサイリスタ制御する回路はほとんど使用されないという事実があります。

一般的なサイリスタ制御ソリューションでは、スイッチを数マイクロ秒間閉じることにより、抵抗を介してアノードからゲート電極に電圧が直接印加されます。ここで重要となるのは、高電圧バイポーラ トランジスタ、小型リレー、またはフォトレジスタです。

このアプローチは、比較的高いアノード電圧で許容され、負荷に無効成分が含まれている場合でも便利で簡単です。しかし、欠点もあります。電流制限抵抗器の要件が曖昧であり、サイリスタが最初にオンになったときに、正弦波の半サイクルの開始に近いタイミングでオンになるように、公称値を小さくする必要があります。主電源電圧がゼロではなく（同期がない場合）、310ボルトになることもありますが、スイッチを流れる電流とサイリスタの制御電極を流れる電流は、それらの最大許容値を超えてはなりません。

サイリスタ自体は、電圧 Uop = Iop * Rlim まで開きます。その結果、ノイズが発生し、負荷電圧がわずかに低下しますが、抵抗器 Rlim の計算上の抵抗値は、たまたま直列に接続されている負荷回路の抵抗値 (誘導成分を含む) だけ減少します。スイッチオン時の抵抗。

しかし、加熱装置の場合、低温状態では抵抗が加熱された状態で動作しているときの10分の1であるという事実が考慮されます。ちなみに、トライアックでは正負の半波のターンオン電流が若干異なるため、負荷に小さな定数成分が現れる場合があります。

SCR のターンオン時間は通常 10 μs 以下であるため、経済的な負荷電力制御のために、デューティ サイクル 5、10、または 20 のパルス列を周波数 20、10、および 5 に適用できます。それぞれkHz。威力は5倍から20倍に減少します。

欠点は、サイリスタがオンになることはありますが、半サイクルの開始時にはオンにならないことです。波と騒音がいっぱいです。さらに、電圧がゼロから上昇し始める直前にターンオンが発生したとしても、この時点では制御電極の電流がまだ保持値に達していない可能性があり、サイリスタは電圧上昇の終了直後にオフになります。脈。

その結果、サイリスタは最初は短い間隔でオンとオフを繰り返し、最終的に電流は正弦波状になります。誘導成分を含む負荷の場合、電流が保持値に達しない可能性があり、制御パルスの持続時間に下限が課され、消費電力はあまり減少しません。

ネットワークからの制御回路の分離は、いわゆるインパルススタートによって行われ、直径 2 cm 未満のフェライトリングに小型の絶縁トランスを取り付けることで簡単に実行できます。このような変圧器の出力は、工業用パルス変圧器と同じではなく、高くなければなりません...

制御に必要な電力を大幅に削減するには、より精密な制御が必要になります。ゲート電流は、サイリスタがオンになるのと同じようにオフにする必要があります。スイッチが閉じるとサイリスタがオンになり、サイリスタが電流を流し始めると、超小型回路は制御電極を通る電流の供給を停止します。

このアプローチにより、サイリスタの駆動に必要なエネルギーが大幅に節約されます。スイッチが現在閉じている場合、アノード電圧はまだ十分ではないため、マイクロ回路によってサイリスタは開きません（電圧はマイクロ回路の電源電圧の半分よりわずかに高いはずです）。スイッチオン電圧は調整可能です デカップリング抵抗の選択.

この方法でトライアックを制御するには、極性を追跡する必要があるため、一対のトランジスタと 3 つの抵抗のブロックが回路に追加され、電圧がゼロと交差する瞬間を固定します。より複雑なスキームについては、この記事の範囲外です。