Как работает симистор

Симисторы – полупроводниковые ключи, представляющие симметричные или двунаправленные тиристоры. Часто триодные симисторы называют триаками (triac).

Благодаря симметричной вольтамперной характеристике (рисунок 1 и 2), симисторы применяются в качестве триггерных переключателей, ключей в регуляторах мощности и выключателях в схемах переменного тока. 

Рисунок 1. ВАХ неуправляемого симистора. Рисунок 2. ВАХ управляемого симистора.

Неуправляемый симистор имеет два вывода, его ВАХ показана на рисунке 1. Они часто используются в качестве триггерных ключей. Иногда их называют динисторами, из-за чего их можно спутать с неуправляемыми тиристорами, которые тоже называют динисторами, но применяют в цепях постоянного тока.

Рисунок 3. Снабберная цепь.

Управляемый симистор имеет три вывода, два из которых силовые (MT1 и MT2), а третий – вывод управляющего сигнала (G). Его ВАХ показана на рисунке 2. Управление производится подачей напряжения на управляющий электрод (затвор, gate) относительно основного электрода (Main Terminal 1 или MT1). Напряжение на управляющем электроде создаёт управляющий ток Iу, величина которого задаёт предельное напряжение переключения симистора. В отсутствии управляющего сигнала напряжение переключения симистора соответствует максимальному значению Uпер, его нужно учитывать при выборе типа прибора для конкретной схемы.

После переключения симистор будет включен, пока его ток не снизится до значения, меньшего тока удержания Iуд.

Рисунок 4. Управление оптосимистором.

 

Рисунок 5. Управление оптосимистором с контролем перехода напряжения через ноль.

Симистор имеет такую характеристику, как максимально допустимая скорость нарастания напряжения dv/dt. Превышение этой величины может привести к самопроизвольному включению симистора в случае сетевых или коммутационных помех.

Для борьбы с этим недостатком часто достаточно параллельно симистору (к силовым выводам) подключить снабберную цепочку из последовательно соединённых резистора и конденсатора (рисунок 3). Параметры элементов снабберной цепи подбираются исходя из рекомендаций производителя симистора.

Симисторами удобно управлять с помощью оптосимисторов, которые обеспечивают гальваническую развязку силовой части схемы от схемы управления (рисунок 4), а также в некоторых вариантах исполнения, способных обеспечить включение симистора в момент перехода синусоиды напряжения через ноль, когда ток коммутации будет минимальным (рисунок 5).

Симистор может управляться подачей положительного и отрицательного напряжения относительно основного электрода, что задаёт четыре режима включения симистора, показанных на ВАХ упрощёнными схемами управления с указанием полярности, распределённых по четырём квадрантам.

В большинстве применений для управления преимущественно активной нагрузкой в сети переменного тока, полярности неосновного электрода MT2 и затвора G относительно основного MT1 совпадают. В этих случаях симистор работает только в I и III квадранте, от чего их иногда классифицируют как двухквадрантные. II и IV квадранты для управления этими триаками считаются запрещёнными. При работе на индуктивную нагрузку может возникать значительный сдвиг фазы тока и напряжения, что может повлечь управление симистором в запрещённом квадранте. Для управления симистором в таких случаях применяют специальные оптосимисторы со схемой отслеживания перехода напряжения на силовых выводах через ноль (zero crossing circuit), либо используют специальные трёхквадрантные симисторы, позволяющие работать в дополнительном квадранте.