Симисторы. Фотосимисторы. Triac (силовые компоненты в цепях переменного тока).

Симисторы. Фотосимисторы. Triac (силовые компоненты в цепях переменного тока).

В копировальных аппаратах, лазерных принтерах, современных многофункциональных устройствах необходимо по сигналам микроконтроллера управлять включением-выключением двигателей, ламп сканирующих устройств, мощных ламп и термоэлементов узлов фиксации изображения на бумаге. При этом необходимо переключать достаточно мощные электрические токи сети ~ 220В. Раньше для этих целей использовали электромеханические реле, которые имеют ряд существенных недостатков и недостаточную надежность, а теперь полупроводниковые компоненты окончательно вытеснили из современных устройств традиционные электромеханические компоненты.

Симистор. Симистор - это симметричный тиристор, который предназначен для коммутации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного тока. Структура симметричного тиристора приведена на рис. 1, а, а его схематическое обозначение на рис. 1,б.

Рис. 1. Структура симметричного тиристора (а) и его схематическое изображение (б)

Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников с различным типом проводимостей и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. Вольт-амперная характеристика симистора приведена на рис. 2. Как следует из вольт-амперной характеристики симистора, прибор включается в любом направлении при подаче на управляющий электрод (УЭ) положительного импульса управления. Требования к импульсу управления такие же, как и для тиристора. Основные характеристики симистора и система его обозначений такие же, как и для тиристора. Симистор можно заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с общим электродом управления. Так, например, симистор КУ208Г может коммутировать переменный ток до 10 А при напряжении до 400 В. Отпирающий ток в цепи управления не превышает 0,2 А, а время включения - не более 10 мкс.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика симистора

Фотосимисторы. Фотосимисторы - это симисторы с фотоэлектронным управлением, в которых управляющий электрод заменен инфракрасным светодиодом и фотоприемником со схемой управления. Основным достоинством таких приборов является гальваническая развязка цепи управления от силовой цепи. В качестве примера на рис. 3, а показана структурная схема фотосимистора, выпускаемого фирмой "Сименс" под названием СИТАК, а его условное схематическое изображение приведено на рис. 3, б. Этот прибор потребляет по входу управления светодиодом ток около 1,5 мА и коммутирует в выходной цепи переменный ток 0,3 А при напряжении до 600 В. Такие приборы находят широкое применение в качестве ключей переменного тока с изолированным управлением. Они также могут использоваться при управлении более мощными тиристорами или симисторами, обеспечивая при этом гальваническую развязку цепей управления. Малое потребление цепи управления позволяет включать СИТАК к выходу микропроцессоров и микроконтроллеров. В качестве примера на рис. 4 приведено подключение прибора СИТАК к микропроцессору для регулирования тока в нагрузке, подключенной к сети переменного напряжения 220 В при максимальной мощности до 66 Вт.

                                             a)

Рис. 3. Структура фотосимистора СИТАК (а) и его схематическое изображение (б)

Рис. 4. Подключение фотосимистора СИТАК к микропроцессору

Triac. Ряд фирм в качестве основы для построения полупроводниковых переключателей используют структуру Triac (встречно включенные тиристоры). Эти приборы имеют высокое значение запирающего напряжения, и способны выдерживать импульсный ток, возникающий при переключении индуктивных нагрузок, и переходных процессах в цепях питания устройств. В закрытом состоянии переключатели на структурах Triac выдерживают напряжение до +/-700 В и выше (пиковые значения напряжения могут достигать значения 1100 В). Управляющий ток приборов составляет 10 и 20 мА, что позволяет подключать их входы непосредственно к выходу микроконтроллера. Так, группой компаний STMicroelectronics разработано семейство электронных переключателей ACST4 для цепей переменного тока. Приборы этого семейства разработаны для управления переключением токов, значение которых не превышает 4 А, они рассчитаны на подключение индуктивной нагрузки и не требуют дополнительных согласующих элементов. Типовая схема включения приборов ACST4 показана на рис. 5, а корпуса приборов показаны на рис. 6. Основные электрические параметры приборов приведены в табл. 1.

Рис. 5

Рис. 6

Таблица 1